Lehrveranstaltungen im Studienjahr 2019/20

apl. Prof. Dr.  Mikhai Fonin

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Die moderne Datenspeicherung und Sensorik auf der Basis von magnetischen Phänomenen lässt sich aus dem Alltag mittlerweile nicht mehr wegdenken. Durch die rasante Entwicklung sowohl im theoretischen Verständnis, als auch in der experimentellen Herstellung von neuen Materialien und Strukturen konnte in den letzten Jahren z.B. die Speicherdichte in magnetischen Speichermedien exponentiell gesteigert werden. In dieser Vorlesung behandeln wir magnetische Phänomene ausgehend von den Grundlagen bis hin zu relevanten Fragestellungen aus der aktuellen Forschung.
Nach der Diskussion der grundlegenden Magnetismusarten (Dia-, Para-, Ferro-, Antiferro-, Ferromagnetismus) werden anschließend mikroskopische Modelle für die Kopplung Austauschwechselwirkung) entwickelt. Darauf aufbauend sollen die wichtigsten Aspekte wie magnetische Anisotropie, Temperaturabhängigkeiten, Oberflächen- und Grenzflächeneffekte usw. behandelt werden. Ein derzeit hochaktuelles anwendungsorientiertes Forschungsgebiet umfasst die Analyse von spinabhängigen Transportphänomenen und Spinelektronik, bei der die Wechselwirkung zwischen Magnetismus und elektrischem Strom untersucht wird (Riesen- und Tunnel-Magnetowiderstand, Spin-Transfer Effekte, etc.). Dieses Stoffgebiet soll auf der Basis aktueller Fachpublikationen erörtert werden.

Prof. Dr. Clemens Bechinger

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Kolloidale Suspensionen haben sich erfolgreich als Modellsysteme in der Physik etabliert und erlauben detaillierte Einblicke in komplexe physikalische Vorgänge. Insbesondere in Situationen, wo thermische Fluktuationen und externe Felder eine große Rolle spielen, lassen sich durch die experimentelle Echtzeitbestimmung von Teilchentrajektorien präzise Einblicke in das Verhalten großer Teilchenensembles gewinnen. Die Vorlesung gibt zunächst eine Einführung in die Eigenschaften kolloidaler Systeme und zeigt, wie sich deren statische und dynamische Eigenschaften durch Methoden aus der statistischen Physik quantifizieren lassen. Anschließend werden wir anhand von aktuellen Beispielen (Kristallisation, Glasübergang, stochastische Thermodynamik, kritische Fluktuationen, Reibung ...) zeigen, dass sich mit kolloidalen Suspensionen grundlegende, skalenübergreifende Erkenntnisse aus dem Bereich der Festkörper-, Bio- und der statischen Physik gewinnen lassen. Die Übungen bestehen einerseits aus einer Einführung in MatLab und deren Verwendung für die Berechnung statistischer Größen aus experimentellen Daten. Ferner stellen die Studierenden anhand von Kurzvorträgen spezielle Themen zur Vertiefung vor.

Prof. Dr.  Alfred Leitenstorfer

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Der Laser stellt das zentrale Werkzeug für die Grundlagenforschung mit optischen Methoden dar und bildet darüber hinaus die Basis der modernen photonischen Technologien. Der erste Teil der Vorlesung hat die Physik dieser besonderen Lichtquelle zum Inhalt. Ein erster Block behandelt die grundlegenden Modelle zur Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie. Darauf aufbauend werden an Hand konkreter Beispiele verschiedene Lasertypen und deren Funktionsprinzipien besprochen.
Im zweiten Teil steht das Themenfeld der nichtlinearen Optik im Vordergrund. Es handelt sich hierbei um das nur mit Lasern erreichbare Regime der Licht-Materie- Wechselwirkung bei hohen Intensitäten. Nach einer Einführung in die Grundprinzipien werden einige Beispiele aus der Vielzahl nichtlinear-optischer Phänomene herausgegriffen, die für Anwendungen besonders wichtig sind. Es ist geplant, den Stoff der Vorlesung in den Übungen weiter zu vertiefen und in der Praxis greifbar werden zu lassen. Hierzu dienen Kurzvorträge zu ausgewählten Themen und Labordemonstrationen, die jeweils von Studenten unter Anleitung eines Betreuers vorbereitet werden.

Prof. Dr. Lukas Schmidt-Mende

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In der Vorlesung werden organische, hybride und Perowskitsolarzellen vorgestellt, einschließlich ihrer spezifischen physikalischen Eigenschaften und Herstellungsmethoden. Ein Vergleich zu konventionellen anorganischen Solarzellen wird hergestellt und die Besonderheiten dieser neuartigen Solarzellentechnologien herausgearbeitet.
In der Vorlesung werden folgende Inhalte behandelt:
Einführung in organische Halbleiter und Halbleiterübergänge
Funktionsmechanismen organischer, hybrider und Perowskitsolarzellen
Architekturen organischer und hybrider Solarzellen (rein-organische Solarzellen, Farbstoff-sensibilisierte Solarzellen, Hybrid-Solarzellen, Perowskit-Solarzellen)
Charakterisierungstechniken
Herstellungsmethoden und Solarzellen-Lebensdauern
Aktuelle Themen aus diesem Forschungsgebiet

Prof. Dr. Gerd Ganteför

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Prof. Dr. Peter Baum

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Das Elektronenmikroskop ist eines der vielseitigsten und besten Instrumente zur Beobachtung von allerkleinsten Strukturen in hoch komplexen Materialien. Im Unterschied zu Licht haben Elektronen als Materiewellen ein hunderttausendfach kleinere de Broglie-Wellenlänge und bieten daher sub-atomare Auflösung. Elektronen haben außerdem eine Ladung, so dass elektrische und magnetische Felder zur Formung von Strahlen und Bildern verwendet werden können. In dieser Vorlesung behandeln wir die Physik des Elektronenmikroskops (Elektronenerzeugung , Strahlformung , Abbildungsmechanismen, Spektroskopie, Beugung und Phasenrkonstruktion, Tranmisssions- und Rastermethoden etc.) sowie aktuelle Fragestellungen aus der Biophysik, Nanophotonik und ultraschnellen Dynamik der atomaren und elektronischen Bewegungen anhand von aktuellen wissenschaftlichen Publikationen. Sie sollen gleichberechtigt die physikalischen Grundlagen der Elektronenmikroskopie verstehen, aber auch einen Einblick in diverse und höchst aktuelle Fragestellungen der modernen Forschung gewinnen, die durch Visualisierung von Atomen und Elektronen in Raum und Zeit gelöst werden.

Dr. Di Bernado

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Prof. Dr. Ulrich Nowak

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Numerische Simulationsverfahren spielen in der modernen Festkörperphysik eine entscheidende Rolle, da hier nur wenige analytische Methoden zur Verfügung stehen und bei diesen meist Näherungen gemacht werden müssen. Computersimulationen können dagegen praktisch näherungsfrei sein und zum Teil numerisch exakte Analysen von komplexen Systemen ermöglichen. Die Vorlesung gibt eine Einführung mit praktischen Programmierbeispielen, die in den Übungen behandelt werden. Themen sind: Molekulardynamiksimulationen, stochastische Differentialgleichungen und Monte Carlo Verfahren.
 

Prof. Dr. Guido Burkard

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Die Quantenmechanik hat unser Verständnis der fundamentalen physikalischen Gesetzmäßigkeiten grundlegend revolutioniert und liefert die Erklärung vieler technologisch nutzbarer Systeme und Effekte, wie z. B. Halbleiter und Laser. Trotzdem wird Information in den heutigen Rechenmaschinen im Wesentlichen nach den Gesetzen der klassischen Physik verarbeitet. Quantencomputer sind Rechner, deren Funktionsweise gezielt Quantenphänomene wie Superposition und Verschränkung nutzt. Aufgrund dieser grundlegenden Erweiterung sind Quantencomputer zu Berechnungen fähig, welche klassische Rechner nicht mit praktikablem Aufwand bewältigen können, z. B. die Faktorisierung großer Zahlen, die Suche in großen Datenbanken, sowie die Simulation von Quantensystemen wie Molekülen oder Festkörpern. In dieser Vorlesung werden wir uns mit der Theorie der Quantenrechner befassen, d. h. mit Quantenbits, dem Quantenschaltkreismodell, Quantengattern, sowie Komplexitätstheorie. Wir werden die wichtigsten bekannten Quantenalgorithmen kennenlernen, u. a. den Shor-Algorithmus zur Faktorisierung, den Grover-Algorithmus zur Datenbanksuche, und den Harrow-Hassidim-Lloyd-Algorithmus zur Lösung linearer Gleichungssysteme. Außerdem behandeln wir das Thema Quantensimulation, d. h. Simulation quantenmechanischer Systeme auf einen Quantenrechner. In diesem Zusammenhang werden auch hybride Algorithmen behandelt, welche aus klassischen und quantenmechanischen Teilen zusammengesetzt sind. Zur Realisierung von Quantenrechnern sind Methoden zur Quantenfehlerkorrektur erforderlich, welche wir ebenfalls in dieser Vorlesung einführen. Teilnehmer können selbstständig Quantenalgorithmen auf dem IBM-Q Quantencomputer implementieren.

Prof. Dr. Eva Weig

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Die Kavitäts-Optomechanik beschäftigt sich mit der Kopplung eines (oder mehrerer) mechanischer Freiheitsgrade an das Lichtfeld einer optischen Kavität. Sie tritt gleichermaßen in makroskopischen Systemen wie Gravitationswellendetektoren (LIGO) als auch in Nanostrukturen auf und lässt sich in einer Vielzahl physikalischer Systeme implementieren. Im Zentrum des Forschungsgebiets steht die Kühlung der mechanischen Schwingung durch lichtinduzierte Rückwirkung. Zu den wichtigsten Anwendungen der Kavitäts-Optomechanik gehören nicht nur die Entwicklung immer empfindlicherer Sensoren für winzigste Massen oder Beschleunigungen oder die Konversion optischer Wellenlängen in den Mikrowellenbereich, sondern auch die Beantwortung fundamentaler Fragestellungen der Quantenphysik, etwa nach der Verschränkung makroskopischer Objekte oder dem Einfluss der Gravitation.
Das Seminar gibt einen Überblick über dieses aufstrebende Forschungsgebiet. Als Literatur dient das kürzlich erschienene Fachbuch „Cavity Optomechanics“ (Springer Verlag) sowie eine Auswahl von aktuellen Originalpublikationen führender Forschungsgruppen.
Voranmeldung jederzeit per Email oder in der Vorbesprechung in der ersten Semesterwoche.

Prof. Dr. Peter Baum

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Die Physik umfasst eine unglaubliche Spannweite an Größen, und sich darin mittels überschlagmäßiger Rechnungen und Abschätzungen schnell zurechtzufinden, sollte zum Grundhandwerk gehören. In diesem Seminar werden Sie lernen, physikalische Zusammenhänge schnell zu erfassen und Effekte überschlagmäßig zu rechnen, mit oder ohne Bleistift und Papier. Zusammen trainieren wir diese Art der schnellen Rechnungen an Beispielen aus der kompletten Physik, insbesondere solchen, wo verschiedene Teilgebiete überlappen. Sie und die anderen Teilnehmer werden selbst aktiv arbeiten - mit WWW, Taschenrechner, Stift und Papier. Sie werden lernen, Situationen in Natur und Technik mit einfachen physikalischen Konzepten zu "begreifen", aber nicht nur qualitativ, sondern mit realistischen Zahlen auch in ungewöhnlichen Situationen. Hintergrundinformationen und Ausblicke zur jeweiligen Physik erarbeiten wir im Gespräch.

apl. Prof. Dr. Giso Hahn 

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Die Photovoltaik wird eine der tragenden Säulen der auf regenerativen Quellen gestützten Energieversorgung sein. Im Seminar werden nach einer Behandlung von Treibhauseffekt und Klimamodellen die physikalischen Grundlagen der Photovoltaik behandelt, unterschiedliche Solarzellenkonzepte vorgestellt und die Herausforderungen bei der Integration dieser Energieform in ein zukünftiges Energiekonzept diskutiert.

Privatdozent Dr.  Urs Gasser

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Neutronenstreuung ist aufgrund der Wellenlänge und der kinetischen Energie thermischer Neutronen ideal für die Untersuchung der Struktur und Dynamik kondensierter Materie geeignet. Insbesondere für die Aufklärung magnetischer Strukturen und Anregungen und auch für unser Verständnis der Struktur und Dynamik von Materialien, die leichte Atome wie Wasserstoff enthalten, bieten Neutronen einzigartige Vorteile. Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Theorie und die experimentellen Methoden der Neutronenstreuung. Die Aufklärung atomarer und magnetischer Strukturen und deren Anregungen sowie die Untersuchung von weicher Materie (z. B. Partikel in Lösung) wird besprochen.

PD Dr. Anton Plech

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Das Verständnis von kondensierter Materie von der atomaren bis makroskopischen Skala erfordert unter anderem das Verständnis von Struktur, Dynamik und Energie von Anregungen. Neben herkömmlichen Laborexperimenten haben sich Großforschungseinrichtungen etabliert, die Instrumente und Sonden mit extremer Brillanz, Zeit- und Energieauflösung zu liefern und WissenschaftlerInnen frei zugänglich zu machen. Im Seminar werden die wichtigsten Sonden Strukturuntersuchungsmethoden beispielhaft mit ihren Perspektiven für höchste Auflösung an Synchrotrons, Freie-Elektronenlaser oder Spallationsquellen diskutiert.

Prof. Dr. Matthias Fuchs

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Understanding the processing of information in our brain is one of the great challenges in the natural sciences where progress has originated from a combination of approaches from biology, physics and information science. Theoretical Neurosciences aims to develop models starting from the constituents of our brains (the neurons) to explain inter alia perception, sensory-motor integration, and storage and recall of memory. Machine learning is an important off-spring where impressive progress has been achieved recently. The seminar will introduce important models and concepts developed in bottom-up Neuroscience and the prevalent theoretical techniques for analyzing them.

Seminar topics include: Neuron models, Perceptron, Boltzmann machine, convolutional networks, Hopfield model, Bayesian inference, Replica theory, backpropagation, Hebbian and reinforcement learning.

Literature: Theory of Neural Information Processing Systems, Coolen, Kühn & Sollich (Oxford University Press, 2005); Information Theory, Inference, and learning algorithms, MacKay (Cambridge University Press, 2003)

You'll find further information in the presentation.

Dr. Gianluca Rastelli

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Dieses theoretische Seminar befasst sich mit Festkörperphysik für Masterstudenten.

In der Wissenschaft hat sich in den letzten Jahrzenten das Gebiet der "Quantentechnologie" als eine neuartige Forschungsausrichtung etabliert, die das Potential besitzt, eine Reihe technischer Revolutionen auszulösen. Im ultimativen Fall werden komplexe Rechen- und Simulations-Aufgaben von einem universellen und programmierbaren Quantencomputer durchgeführt. Im Oktober 2019 kündigten Wissenschaftler von Google an, dass einer ihrer Quantencomputer einen klassischen Supercomputer₁ übertroffen hat. Heutzutage sind praktisch alle führenden Quantencomputer mit Hilfe von supraleitenden elektronischen Schaltkreisen₂ implementiert. Forschungen zu supraleitenden Quantencomputern werden beispielsweise von Google, IBM und Intel sowie neu gegründeten Firmen wie Rigetti und Zapata durchgeführt.

Dieses Seminar soll einen Überblick über die Physik der supraleitenden Quantenbits und Prozessoren geben. Es enthält 4 Einführungsvorträge₃ (kurz und bündig) über die Grundlagen der Supraleitung, ihre wichtigsten physikalischen Effekte und theoretischen Konzepte, z. B. der Josephson-Effekt, die Andreev-Reflexion, die Bogoliubov-de-Gennes-Gleichungen und Einzel-Elektonen-Transistoren. Mit diesen Grundkenntnissen wird erklärt, wie man eine supraleitende elektronische Schaltung quantisiert und wie man damit ein Quantenbit konstruiert.

Mögliche Themen für die von den Studenten gehaltenen Seminare sind:

• Josephson Qubit: Transmon
• Josephson Qubit: Fluxonium
• Andreev-Level-basierte Qubits
• Topologische Quantenbits
• Majorana basierte Qubits
• Quantenelektrodynamik auf einem Chip

Privatdozent Dr.  Artur Erbe

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The size of electronic building blocks is continuously decreasing reaching dimensions of a few nanometers. Ultimate scaling of electronic devices can be achieved by using single molecules as active building blocks for electronics. Electronic circuits, which are based on such building blocks, open completely new possibilities for applications. This lecture first will set the theoretical basis necessary for the understanding of the phenomena in charge transport in nanostructures. Furthermore, experiments characterizing single molecule junctions, created by electromigration, break junctions or microscopy, will be discussed. A special focus will be on possible applications in the use of such structures as building blocks for future electronic circuits. The lecture addresses students in physics or chemistry in their 5th term or later. Basic knowledge in solid state physics or chemistry will help but is not strictly required. The lecture will be given as a block course with accompanying experiments at the Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf from July 23 to July 27 (the course can be held alternatively one week later, if this time is more suitable). This course can be combined with the course “Advanced Experimental Methods in Condensed Matter and Nanophysics” (Kern, Soon Jung Jung) or “Electronic properties of Nanostructures” (Hoffmann-Vogel) to count as Wahlpflichtfach with 10 credits.

Dr.  Soon Jung Jung

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Dieser Kurs bietet Physik- und Chemiestudenten des 5. und höherer Semester eine breite Einführung in die experimentellen Messtechniken und in die Anwendung von Grundlagen der Spitzenforschung im Bereich der Physik der kondensierten Materie und Nanophysik. Der Inhalt umfasst chemische und physikalische Verfahren zur Herstellung, Abbildung und Charakterisierung von Nanostrukturen mit hochauflösender Mikroskopie (optische, Elektronen- und Raster-Sonden-Mikroskopie), sowie grundlegende experimentelle Techniken (Ultrahochvakuum, Verarbeitung schwacher Signale, Tieftemperaturtechnik) und verschiedene spektroskopische Methoden (XPS und Elektronen-Spektroskopie). Die Vortragsreihe wird als 1-wöchiges Blockseminar mit integrierten Laborübungen (36 Stunden) organisiert, und findet am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart statt. Neben einem fundierten Hintergrundwissen vermittelt der Kurs entscheidende praktische Details, die hochmoderne Experimente ermöglichen und die gewöhnlich nicht in Lehrbüchern vermittelt werden. Studenten aus Konstanz werden im Gästehaus des Max-Planck-Instituts untergebracht. Der Kurs wird auf Englisch abgehalten. Die Anzahl der Teilnehmer ist begrenzt. Interessierte Studenten sollten uns rechtzeitig per Mail kontaktieren (s.jung@fkf.mpg.de).

Pd Dr. Anton Plech

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Das Verständnis von kondensierter Materie von der atomaren bis makroskopischen Skala erfordert unter anderem das Verständnis von Struktur, Dynamik und Energie von Anregungen. Neben herkömmlichen Laborexperimenten haben sich Großforschungseinrichtungen etabliert, die Instrumente und Sonden mit extremer Brillanz, Zeit- und Energieauflösung zu liefern und WissenschaftlerInnen frei zugänglich zu machen. Im Seminar werden die wichtigsten Sonden Strukturuntersuchungsmethoden beispielhaft mit ihren Perspektiven für höchste Auflösung an Synchrotrons, Freie-Elektronenlaser oder Spallationsquellen diskutiert.

 Prof. Dr. Peter Baum

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Das Elektronenmikroskop ist eines der vielseitigsten und besten Instrumente zur Beobachtung von allerkleinsten Strukturen in komplexen Materialien und Molekülen auf Basis der Atome. Im Unterschied zu Licht haben Elektronen als Materiewellen eine hunderttausendfach kleinere de Broglie Wellenlänge und bieten daher sub-atomare Auflösung. Elektronen haben außerdem eine Ladung, so dass elektrische und magnetische Felder zur Formung von Strahlen und Bildern verwendet werden können. In der Vorlesung behandeln wir die verfügbaren Methoden zur Elektronenerzeugung, die Strahlformung mit Blenden und Kondensern, die Physik der Kohärenz von Elektronen, die verschiedenen Abbildungsmechanismen, Scanverfahren, Spektroskopie-methoden, die Physik der Beugung und Phasenrekonstruktion, die grundsätzlichen und praktischen Auflösungsbeschränkungen, Strahlungsschäden, Methoden zur Probenpräparation sowie die verschiedenen Kontrastmechanismen in Theorie und praktischen Beispielen.

apl. Prof Dr. Giso Hahn

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Elektronische Halbleiterbauelemente bestimmen zunehmend unseren Alltag: Mobiltelefone und weitere tragbare Elektronik, LEDs und Solarzellen sind prominente Beispiele hierfür. In der Vorlesung werden die Grundlagen der Kristallherstellung und der weiteren Bearbeitungsschritte zur Herstellung elektronischer Bauelemente diskutiert. Exemplarisch werden ein Verständnis der Funktionsweise einer Solarzelle sowie deren technologische Grenzen und Perspektiven erarbeitet.

apl. Prof. Dr. Mikhail Fonin

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Die moderne Datenspeicherung und Sensorik auf der Basis von magnetischen Phänomenen lässt sich aus dem Alltag mittlerweile nicht mehr wegdenken. Durch die rasante Entwicklung sowohl im theoretischen Verständnis, als auch in der experimentellen Herstellung von neuen Materialien und Strukturen konnte in den letzten Jahren z.B. die Speicherdichte in magnetischen Speichermedien exponentiell gesteigert werden. In dieser Vorlesung behandeln wir magnetische Phänomene ausgehend von den Grundlagen bis hin zu relevanten Fragestellungen aus der aktuellen Forschung.
Nach der Diskussion der grundlegenden Magnetismusarten (Dia-, Para-, Ferro-, Antiferro-, Ferromagnetismus) werden anschließend mikroskopische Modelle für die Kopplung Austauschwechselwirkung) entwickelt. Darauf aufbauend sollen die wichtigsten Aspekte wie magnetische Anisotropie, Temperaturabhängigkeiten, Oberflächen- und Grenzflächeneffekte usw. behandelt werden. Ein derzeit hochaktuelles anwendungsorientiertes Forschungsgebiet umfasst die Analyse von spinabhängigen Transportphänomenen und Spinelektronik, bei der die Wechselwirkung zwischen Magnetismus und elektrischem Strom untersucht wird (Riesen- und Tunnel-Magnetowiderstand, Spin-Transfer Effekte, etc.). Dieses Stoffgebiet soll auf der Basis aktueller Fachpublikationen erörtert werden.

Prof. Dr. Elke Scheer

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In dieser Vorlesung werden neuartige Phänomene diskutiert, die im elektronischen Transport durch Nanostrukturen auftreten. Sie beruhen zumeist auf den Welleneigenschaften der Elektronen, Wechselwirkungen zwischen Elektronen und/oder auf der Quantelung der Elementarladung. Dazu gehören Quanteninterferenz-Effekte wie z. B. der Aharonov-Bohm-Effekt oder universelle Leitwertfluktuationen, die Schwache Lokalisierung, die Leitwertquantisierung, Ladungseffekte (z. B. Einzel-Elektronen-Transistor), sowie einige Aspekte der molekularen Elektronik und der Magnetoelektronik. Wir werden auch die zugrundeliegenden Theorien des Quantentransports (Landauer-Büttiker-Formalismus, Orthodoxe Theorie, u. a.) kennenlernen. Die Vorlesung richtet sich an Studierende der Masterstudiengänge Physik und Nanoscience und setzt Kenntnisse in Festkörperphysik voraus.

Weitere Informationen finden Sie in der Kurzpräsentation.

Prof. Dr. Guido Burkard

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Die konventionelle Informatik beruht auf den Gesetzen der klassischen Physik. Eine fundamentalere physikalische Beschreibung mikroskopischer Objekte ist aber die Quantenmechanik. Wenn die Informationsträger (Bits) bei der Informationsverarbeitung so beschaffen sind, dass diese zwingend durch quantenmechanische Gesetze beschrieben werden müssen, dann muss auch die Informationstheorie revidiert werden. Dies ist das Thema der Quanteninformationstheorie, ein noch relativ neues und aufstrebendes Forschungsgebiet der theoretischen Physik, welches dank den beachtlichen Fortschritten bei der Realisierung von Quanteninformationssystemen laufend an praktischer Bedeutung gewinnt. Diese Vorlesung bietet eine Einführung in die Grundlagen der Quanteninformation, sowie die Diskussion einiger der bekannten Anwendungen, welche die klassischen Informationssysteme übertreffen, wie z.B. Quantenkryptographie und den Quantenalgorithmus zur Faktorisierung. Dabei werden die grundlegenden Konzepte wie Verschränkung und Quantenfehlerkorrektur allgemein und quantitativ behandelt.

Weitere Informationen finden Sie in der Kurzpräsentation.

apl. Prof.  Dr. Rudolf Haussmann

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Die Hydrodynamik beschreibt die Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen. Im ersten Teil werden die Grundlagen dargestellt. Die hydrodynamischen Gleichungen werden aus allgemeinen physikalischen Prinzipien hergeleitet, zunächst für ideale Flüssigkeiten und anschließend für reale Flüssigkeiten mit Dissipation und Erzeugung von Entropie. Elementare Anwendungen werden betrachtet wie Schallwellen, Strömungen und Wärmeleitung. Die Theorie der laminaren und turbulenten Grenzschichten für die Umströmung von Körpern wird entwickelt. Im zweiten Teil wird die Strömung von Luft um ein Flugzeug untersucht, um die aerodynamischen Kräfte wie Auftrieb, Widerstand und Drehmoment zu berechnen. Die Bewegungsgleichungen eines Flugzeugs werden hergeleitet und diskutiert, um die elementaren Bewegungen wie Nicken, Rollen, Spiralen und Taumeln zu verstehen. Als zentrales Ergebnis findet man unterschiedliche Flugeigenschaften für große Flugzeuge, mittelgroße Vögel und kleine Insekten. Im dritten Teil werden einige hydrodynamische  Instabilitäten behandelt, welche durch den Einfluss von Gravitation, Temperaturgradienten und Scherströmungen hervorgerufen werden: Kelvin-Helmholtz-Instabilität (Entstehung von Wasserwellen durch Wind) und Rayleigh-Bernard-Instabilität (Konvektion im Kochtopf). Weiterhin wird der Übergang zu Chaos und Turbulenz untersucht. Zum Schluss wird die voll entwickelte Turbulenz betrachtet (Energiekaskade, Skalenverhalten, Theorien von Richardson und Kolmogorow).

Weitere Informationen finden Sie in der Kurzpräsentation.

Prof. Dr. Lukas Schmidt-Mende

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In diesem Seminar werden folgende Themen behandelt:

• Einführung in organische, hybride und Perowskitsolarzellen
• Verschiedene Solarzellenarchitekturen
• Charakterisierungs-Methoden
• Physik organischer Elektronik und organische-anorganischer Grenzflächen
• Solarzellenaspekte: Rolle der Exzitonentrennung, Landungsrekombination, Landungstransferzustände, Landungstransport, usw.
• Neue Entwicklungen in diesem Forschungsfeld

Wir sind offen für weitere Themen.
Das Seminar ist komplementär zu der gleichnamigen Vorlesung im Sommersemester. Der Fokus liegt hier auf aktuellen Beispielen aus der Literatur zum Thema.

Prof. Dr. Peter Baum

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Die Physik umfasst eine unglaubliche Spannweite an Größen, und sich darin mittels überschlagmäßiger Rechnungen und Abschätzungen schnell zurechtzufinden, sollte zum Grundhandwerk gehören. In diesem Seminar werden Sie lernen, physikalische Zusammenhänge schnell zu erfassen und Effekte überschlagmäßig zu rechnen, mit oder ohne Bleistift und Papier. Zusammen trainieren wir diese Art der schnellen Rechnungen an Beispielen aus der kompletten Physik, insbesondere solchen, wo verschiedene Teilgebiete überlappen. Sie und die anderen Teilnehmer werden selbst aktiv arbeiten - mit WWW, Taschenrechner, Stift und Papier. Sie werden lernen, Situationen in Natur und Technik mit einfachen physikalischen Konzepten zu "begreifen", aber nicht nur qualitativ, sondern mit realistischen Zahlen auch in ungewöhnlichen Situationen. Hintergrundinformationen und Ausblicke zur jeweiligen Physik erarbeiten wir im Gespräch.

apl. Prof. Dr. M. Fonin

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Heutzutage spielen die Methoden der Oberflächenphysik in vielen Bereichen der angewandten und grundlagenorientierten Forschung eine entscheidende Rolle. Im Rahmen dieses Seminars sollen die neuen Entwicklungen im Bereich der Oberflächenphysik diskutiert werden. Insbesondere werden sowohl die modernen Methoden zur spektroskopischen und mikroskopischen Analyse der Oberflächeneigenschaften als auch Experimente auf atomarer und molekularer Skala anhand von Beispielen aus der laufenden Forschung diskutiert.

Prof. Dr. Peter Nielaba

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Thema des Seminars sind zentrale Modelle, Grundgleichungen, Metriken und Rechenmethoden der Astrophysik. Unter anderem sollen die Themen: Himmelsmechanik, Exoplaneten, Sternentwicklung, Gravitation, Galaxien und Kosmologie behandelt werden. Insbesondere wird auch auf die aktuellen Ergebnisse der Entdeckung der Gravitationswellen eingegangen, sowie der Gravitationslinsen, der kosmischen elektromagnetischen Hintergrundstrahlung und der Elemententstehung z.B. in den Sterne und im Frühstadium des Universum. Es werden darüber hinaus auch die Fragen nach der dunklen Materie und der dunklen Energie im Universum behandelt. 

Literatur: 

Der neue Kosmos (Unsöld), Structure and Evolution of the Stars (Schwarzschild), Allgemeine Relativitätstheorie (Fließbach), Gravitation (Misner, Thorne, Wheeler), Physical Cosmology (Peebles), Cosmology (Coles), Einführung in die Extragalaktische Astronomie und Kosmologie (Schneider) und andere Bücher und Artikel. 

Zum Thema dient auch der "Semesterapparat Nowotny".

Prof. Dr. Ulrich Nowak

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Der Nobelpreis für Physik 2016 wurde "für theoretische Entdeckungen topologischer Phasenübergänge und topologischer Phasen der Materie" verliehen. Die Topologie wird normalerweise im Kontext der Mathematik eingeführt und befasst sich mit den Eigenschaften von Strukturen, die bei stetiger Verformung erhalten bleiben. Das Seminar konzentriert sich auf Beispiele, bei denen die Topologie eine Rolle für das Verständnis neuer Phänomene in komplexen Materialien spielt.