Lehrveranstaltungen im Studienjahr 2020/21

Lehre im SoSe 2021

Leider erschwert die derzeitige Covid19 Pandemie die Planung unserer Lehrveranstaltungen für das nächste Semester. Folgende Informationen sollen allen Studierenden eine gewisse Planungssicherheit bieten:

Alle Studiengänge des Physikstudiums bei uns im Fachbereich werden im kommenden Sommersemester 2021 studierbar sein. Die Vorlesungen des SoSe 2021 werden wie im EINBLICK vom 10. März 2021 angekündigt zunächst in digitaler Form stattfinden. Die Klausuren und ein Teil der Praktika werden - wie bereits in diesem WiSe - nach der Vorlesungszeit in Präsenz stattfinden.

Als engagierter und familiärer Fachbereich sind wir dafür bekannt, flexibel und unbürokratisch auf die Bedürfnisse unserer Studierenden einzugehen. Seien Sie sicher, dass es uns auch in diesen herausfordernden Zeiten gelingen wird, Ihnen exzellente Lehre und Betreuung für Ihr Physikstudium anbieten zu können.
Wir freuen uns auf Sie und wünschen Ihnen einen gutes Sommersemester 2021 in Konstanz.

Wenn Sie sich anmelden, finden Sie an dieser Stelle den Link zum Zoom-Meeting der Semestervorschau am 10. Feburar 2021 um 15:15 Uhr.

Wintersemester 2020/21

Wahlpflichtvorlesungen Experimentalphysik

Magnetismus und spinabhängiger Transport (apl. Prof. Dr. Mikhail Fonin)

apl. Prof. Dr.  Mikhai Fonin

ZEuS

Vorschau (pdf)

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.

Halbleitertechnologie und Physik der Solarzelle (apl. Prof. Dr. Giso Hahn)

apl. Prof Dr. Giso Hahn

ZEuS

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.

Geschüttelt, Gezupft, Gefiert: Physik ist überall (Koordination: Prof. Dr. Gerd Ganteför)

Prof. Dr. Gerd Ganteför (Koordination)

ZEuS

Vorschau PDF

Gemeinschaftsvorlesung der Professoren des Fachbereichs Physik.

Die Vorlesung ist ein buntes Mosaik von Beiträgen zu ausgesuchten Themen. Beispiele sind Physik des Segels, Physik des Wassers, Physik des James Bond oder Physik des Star Treck.

Physik mit Photonen - Festkörper im Röntgenlicht (Prof. Dr. Martina Müller)

Prof. Dr. Martina Müller

ZEuS

Photonen ermöglichen faszinierende Einsichten in den elektronischen und magnetischen Aufbau von Materialien. In der Vorlesung werden die Grundlagen von Spektroskopie- und Mikroskopiemethoden im Labor und an Synchrotron-Großforschungsanlagen erklärt. Die Vielfalt an Experimenten wird anhand von Beispielen zu Festkörpern, Dünnschichtsystemen und Nanostrukturen erläutert. Ein Fokus liegt dabei auf dem Verständnis von ferromagnetischen und ferroelektrischen Materialeigenschaften.

Superconductivity: fundamentals and applications (Dr. Angelo Di Bernardo)

Ladungstransport in Nanostrukturen (Prof. Dr. E. Scheer)

Wahlpflichtvorlesungen Theoretische Physik

Quantentheorie der kondensierten Materie (Prof. Dr. Wolfgang Belzig)

Ralativistische Quantenfeldtheorie (apl. Prof. Dr. Rudolf Haussmann)

apl. Prof. Dr. Rudolf Haussmann

ZEuS

Geschüttelt, Gezupft, Gefiert: Physik ist überall (Koordination: Prof. Dr. Gerd Ganteför)

Prof. Dr. Gerd Ganteför (Koordination)

ZEuS

Vorschau PDF

Gemeinschaftsvorlesung der Professoren des Fachbereichs Physik.

Die Vorlesung ist ein buntes Mosaik von Beiträgen zu ausgesuchten Themen. Beispiele sind Physik des Segels, Physik des Wassers, Physik des James Bond oder Physik des Star Treck.

Seminare Experimentalphysik

Die Physik organischer und hybrider Solarzellen (Prof. Dr. Lukas Schmidt-Mende)

Prof. Dr. Lukas Schmidt-Mende

ZEuS

Webseite zur Vorlesung

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.

Physics back-of-the-envelope: Analyse, Abschätzung und Überschlagsrechnung (Prof. Dr. Peter Baum)

Topologie in der Festkörperphysik (Prof. Dr. S. Gönnenwein/ Prof. Dr. Ulrich Nowak)

Prof. Dr. Sebastian Gönnenwein/ Prof. Dr. Ulrich Nowak

ZEuS

Webseite zur Vorlesung

Seminare Theoretische Physik

Topologie in der Festkörperphysik (Prof. Dr. Sebastian Gönnenwein/Prof. Dr. Ulrich Nowak)

Prof. Dr. Sebastian Gönnenwein/ ­Prof. Dr. Ulrich Nowak

ZEuS

Webseite zur Vorlesung

Machine Learning for Quantum Computing and Quantum-Enhanced Machine Learning (Dr. Violeta Nikolaeva Ivanova-Rohling/Dr. Niklas Rohling))

Dr. Violetat Nikolaeva Ivanova Rohling/ Dr. Niklas Rohling

ZEuS

Blockveranstaltungen

Praktische Einführung in die optische Festkörperspektroskopie (PD Dr. habil Alexej Pashkin)

PD Dr. habil Alexej Pashkin

ZEuS

Abstract:

Diese Vorlesung richtet sich an Masterstudenten der Physik, Chemie und Nanowissenschaften mit dem Ziel, ihren Hintergrund und ihre Fähigkeiten in der Festkörper- und Halbleiterphysik zu stärken. Theoretische Konzepte der optischen Antwort werden vorgestellt und es wird diskutiert, welche Art von Informationen mit verschiedenen spektroskopischen Techniken erhalten werden können. Neben konventionellen optischen Spektroskopien werden auch neuartige Methoden vorgestellt, bei denen kohärente Strahlung von Quellen auf Beschleunigerbasis und ultrakurze gepulste Laser verwendet werden. Ein besonderer Schwerpunkt der Vorlesung liegt auf modernen Anwendungsbeispielen für Untersuchungen nanoskopischer Halbleitern, zweidimensionalen Materialien, Hochtemperatur-supraleitern usw. Die Vorlesung umfasst folgende Themen:

•    Elektromagnetische Strahlung und ihre Wechselwirkung mit Festkörpern
•    Lichtquellen und Detektoren
•    Lumineszenz-Spektroskopie
•    Infrarotspektroskopie
•    Raman-Streuung
•    Ultraschnelle zeitaufgelöste Anrege-Abtast-Spektroskopie

Nanosience an Grenzflächen (Dr. S. Jung Jung, Dr. R. Drost)

Dr. Soon Jung Jung/ Dr. Robert Drost

ZEuS

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). Neben einem fundierten Hintergrundwissen vermittelt der Kurs entscheidende praktische Details, die hochmoderne Experimente ermöglichen und die gewöhnlich nicht in Lehrbüchern vermittelt werden. Die Vortragsreihe wird als 1-wöchiges online Blockseminar auf Englisch vom 1. März bis 5. März 2021 abgehalten. Interessierte Studenten sollten uns per Mail kontaktieren. 

(Stand: 17.12.2021)

Sommersemester 2021

Wahlpflichtvorlesungen Experimentalphysik

Nanophotonik, Biophysik und ultraschnelle Dynamik mit dem Elektronenmikroskop(Prof. Dr. Peter Baum)

Prof. Dr. Peter Baum

ZEuS

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 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 dieser Vorlesung behandeln wir die Physik des Elektronenmikroskops (Elektronenerzeugung, Strahlformung, Abbildungsmechanismen, Spektroskopie, Beugung und Phasenrekonstruktion, Transmissions- 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.

Stand: 12.02.2021

Halbleiterphysik (Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer)

Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer

ZEuS

Halbleitende Materialien und deren Nanostrukturen bilden die Basis der modernen Festkörper-Elektronik und liefern gleichzeitig viele aktuelle Fragestellungen zu grundlegende Forschungsarbeiten in der Physik kondensierter Materie. Die Vorlesung liefert das Rüstzeug für einen Einstieg in die moderne Halbleiterphysik und deren Anwendungen.

Im ersten Teil der Lehrveranstaltung stehen die physikalischen Materialeigenschaften im Vordergrund: Zunächst werden die Elementaranregungen des elektronischen Systems und des Gitters im perfekten Halbleiterkristall, sowie deren Kopplungen eingeführt. Für die technische Nutzung sind gezielte Verunreinigungen („Dotierung“) mit Fremdatomen entscheidend, die anschließend behandelt werden. Danach stehen die klassischen Themenfelder „elektronischer Transport“ und „optische Eigenschaften“ auf der Agenda. Eine Einführung in die Physik dimensionsreduzierter Halbleiter-Quantenstrukturen rundet die Darstellung der material­wissenschaftlichen Aspekte ab.

Der zweite Abschnitt der Vorlesung bietet aufbauend auf den physikalischen Grundlagen einen Überblick über die Funktionsweise moderner Bauelemente. Es wird eine Reihe von Beispielen besprochen, unter anderem der MOS-Feldeffekt-Transistor und die Halbleiter-Laserdiode.

Voraussetzungen:

  • Grundlagen der Festkörperphysik
  • Grundlagen der Quantenmechanik

Einführende Literatur:

  • P. Y. Yu, M. Cardona: „Fundamentals of Semiconductors“, Springer Verlag
  • S. M. Sze: „Physics of Semiconductor Devices“, John Wiley & Sons

Stand: 12.02.2021

Die Physik organischer und hybrider Solarzellen (Prof. Dr. Lukas Schmidt-Mende)

Prof. Dr. Lukas Schmidt-Mende

ZEuS

Vorschau (pdf)

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

Stand: 12.02.2021

Physik der weichen kondensierten Materie (Prof. Dr. Clemens Bechinger)

Prof. Dr. Clemens Bechinger

ZEuS

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.

Stand. 12.02.2021

Moderne Technische Optik (Hon. Prof. Dr. Michael Totzeck)

Hon. Prof. Dr. Michael Totzeck

ZEuS

In diesem Kurs lernen Sie die fortgeschrittenen Konzepte und Methoden der technischen Optik kennen, wie sie heute in der Hightech Industrie angewendet werden. Der Kurs baut auf dem Inhalt vom IK3 sowie den Grundlagen der Fouriertheorie auf und behandelt die folgenden Themen: Gaussche Strahlenoptik, paraxiale Auslegung optischer Systeme, Fourier Optik, Diffraktive Optik, Aberrationen und ihre Korrektur, Digitale Optik, Radiometrie, Mikroskopie, Interferometrie und Kohärenz, Polarisation, Lithographie, Ophthalmologie, Visualisierung, Beschichtung. Sie lernen außerdem den Umgang mit der kommerziellen Optik-Design Software ZEMAX. Zwei Exkursionen führen uns – wenn bis dahin möglich - auf die Lasermesse in München und zu ZEISS in Oberkochen. Der Kurs richtet sich an Master Studenten. Bachelor Studenten sind willkommen müssen aber Mehraufwand kalkulieren. Der Dozent Hon.-Prof. Michael Totzeck ist Fellow bei der Carl Zeiss AG.

Stand: 12.02.2021

Physik mit Photonen: Festkörper im Röntgenlicht (Prof. Dr. Martina Müller)

Prof. Dr. Martina Müller

ZEuS

Photonen ermöglichen faszinierende Einsichten in den elektronischen und magnetischen Aufbau von Materialien. In der Vorlesung werden die Grundlagen von Spektroskopie- und Mikroskopiemethoden im Labor und an Synchrotron-Großforschungsanlagen erklärt. Die Vielfalt an Experimenten wird anhand von Beispielen zu Festkörpern, Dünnschichtsystemen und Nanostrukturen erläutert. Ein Fokus liegt dabei auf dem Verständnis von ferromagnetischen und ferroelektrischen Materialeigenschaften.

Stand: 12.02.2021

Energie und Klima (Prof. Dr. Gerd Ganteför)

Prof. Dr. Gerd Ganteför

ZEuS

Die Vorlesung behandelt die physikalischen Grundlagen der Energieerzeugung und der Klimatologie. Es werden technische Methoden und physikalische Grundlagen behandelt wie z.B die Solarzelle, die Flugzeugturbine, der schnelle Brüter, die Brennstoffzelle, der Treibhauseffekt und die Milankovic-Zyklen. Die Vorlesung ist interaktiv mit "Clickern".

Stand: 12.02.2021

Magnetismus - Von den Grundlagen bis zu Anwendungen (apl. Dr. Prof. Mikhail Fonin)

apl. Prof. Dr. Mikhail Fonin

ZEuS

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-, Ferrimagnetismus) werden anschließend mikroskopische Modelle für die Kopplung Aus- tauschwechselwirkung 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.). 

Der Stoff der Vorlesung wird in der begleitenden Übung weiter vertieft. 

Voraussetzung: Festkörperphysik 

Stand: 12.02.2021

Nanofabrikations- und Nanocharakterisierungstechniken (Prof. Dr. Angelo Di Bernardo)

Prof. Dr. Angelo Di Bernardo

Semestervorsschau 2021 -- Folien

ZEuS

Die Nanowissenschaften, die sich auf die Untersuchung der Physik von Objekten mit einer Größe von 1 nm bis 100 nm konzentrieren, haben sich in den letzten Jahrzehnten rasant weiterentwickelt. Dieser wissenschaftliche Fortschritt wurde hauptsächlich durch die Entwicklung von Techniken zur Herstellung nanoskaliger Objekte und die Charakterisierung ihrer physikalischen Eigenschaften erzielt.

Nach der Überprüfung einiger grundlegender physikalischer Konzepte und Phänomene, die auf nanoskaliger Ebene relevant sind, konzentriert sich der Kurs auf eine Beschreibung der Arbeitsprinzipien und technologischen Herausforderungen modernster Nanofabrikationstechniken, die zur Realisierung von Nanostrukturen und nanoskaligen Bauelementen verwendet werden. Down-Ansatz (z. B. Lithografie) oder Bottom-Up-Ansatz (z. B. Selbstorganisation). Im zweiten Teil des Kurses werden stattdessen Nanocharakterisierungstechniken vorgestellt, mit denen die strukturellen und spektroskopischen Eigenschaften nanoskaliger Materialien und Systeme wie Elektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Rastertunnelmikroskopie, Raman-Spektroskopie und magnetischer Zirkulardichroismus untersucht werden.

Stand: 12.02.2021

Wahlpflichtvorlesungen Theoretische Physik

Theorie der Supraleitung (Prof. Dr. Wolfgang Belzig)

Prof. Dr. Wolfgang Belzig

ZEuS

Supraleitung ist grundlegend neuer Zustand von Materie bei tiefen Temperaturen, der sich durch einen verschwindenden elektrischen Widerstand auszeichnet. Das Phänomen der Supraleitung kann nur durch die Quanteneigenschaften der Elektronen erklärt werden und ist selber das Paradebeispiel eines Makroskopischen Quantenzustands. Darauf basieren unzählige Anwendungen von Supraleitern in den modernen Quantentechnologien: der Josephson-Effekt als Quantenstandard der elektrischen Spannung, supraleitende Quantenbits für Quantencomputer oder Quantendetektoren für die kosmische Hintergrundstrahlung.

In der Vorlesung sollen grundlegende theoretische Konzepte zur Beschreibung von Supraleitern eingeführt werden. Dabei werden Elemente aus der Quantenfeldtheorie der Vielteilchensysteme, der quasiklassischen Nichtgleichgewichtstheorie und mesoskopische Effekte in Nanostrukturen berücksichtigt.

  Inhalt (vorläufig)

  • Phänomenologie, Ginzburg-Landau-Theorie
  • Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) Theorie
  • Quantenfeldtheorie: Abrikosov, Gorkov, Eliashberg
  • Mesoskopische Supraleitung, Nichtgleichgewichtsphänomene
  • Anwendungen: supraleitende Quantenbits, Detektoren, Andreev-Reflexion, topologische Supraleitung

Stand: 12.02.2021

Nonequilibrium Physics (Prof. Dr. Matthias Fuchs)

Prof. Dr. Matthias Fuchs

Semestervorschau 2021 - Folien

ZEuS

While statistical mechanics has been very successful in describing matter in equilibrium, all natural processes occur in nonequilibrium. Some transport and relaxation processes stay close to equilibrium and can be understood well, many natural phenomena, however, take place far from equilibrium and require novel concepts. The lecture will provide an introduction into the theoretical concepts and methods which presently are being developed and applied to understand the dynamics of many-body systems out of equilibrium, such as open, driven, active, information processing, biological, and evolutionary systems. While no unifying theory of nonequilibrium yet exists, the lecture will provide a guide to the ongoing research that has the potential to reach far beyond physics into the sciences and technology.

Topics: Linear response theory; Stochastic processes; Functional integrals; Entropy variational principles; Large deviation formalism.

Applications will include examples ranging from phase transformation kinetics and pattern formation to biophysics and information processing.

Prerequisites: Integrated Course Physics, Statistical Mechanics

Literature:

‘Nonequilibrium Statistical Physics’, R. Livi & P. Politi (Cambridge UP, 2017)

‘Field Theory of Non-Equilibrium Systems’, A. Kamenev (Cambridge UP, 2011)

‘ Nonequilibrium liquids’, D. Evans & G. Morriss (Cambridge UP, 2008)

‘Information Theory, Inference, and learning algorithms’, D. MacKay (CUP, 2003) 

Stand: 12.02.2021

         

Seminare Experimentalphysik

Physics back-of-the-envelope: Analyse, Abschätzung und Überschlagsberechnung (Prof. Dr. Peter Baum)

Prof. Dr. Peter Baum

ZEuS

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.

Stand:12.02.2021

Neutronenstreuung zur Untersuchung von harter und weicher kondensierter Materie (PD Dr. Urs Gasser)

Privatdozent Dr.  Urs Gasser

ZEuS

Vorschau (pdf)

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.

Stand: 12.02.2021

Strukturaufklärung und Funktion in kondensierter Materie (PD Dr. Anton Plech)

Privatdozent Dr. Anton Plech

ZEuS

Das Verständnis grundlegender biologischer, chemischer und physikalischer Funktionsprinzipien von Materialien ist oft eng verknüpft mit der Aufklärung der Struktur von der atomaren bis mikroskopischen Skala. Diese Aufklärung von Struktur und Dynamik erfordert den Einsatz von modernen Sonden, wie Synchrotronstrahlung oder Neutronenstrahlung. Im Rahmen dieses Seminars werden prototypische Beispiele in Natur und Technik diskutiert und der Beitrag der Strukturaufklärung dargelegt. Das Seminar ist inhaltlich eng mit  dem Seminar "Neutronenstreuung" (PD Urs Gasser) verwandt und kann gegebenefalls zusammen stattfinden.

Stand: 12.02.2021

Moderne Methoden der Oberflächenphysik (apl. Prof. Dr. Mikhail Fonin)

apl. Prof. Dr. Mikhail Fonin

ZEuS

Heutzutage spielen die Methoden der Oberflächenphysik in vielen Bereichen der angewandten und grundlagenorientiertenForschung 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 undmikroskopischen Analyse der Oberflächeneigenschaften als auch Experimente auf atomarer und molekularer Skala anhand vonBeispielen aus der laufenden Forschung diskutiert.

Das Seminar wird nach dem Vorbesprechungstermin am 22.10.2019 als Blockseminar angeboten. Termin steht noch nicht fest. Beim Vorbesprechungstermin werden die Themen bekannt gegeben.

Empfohlene Voraussetzung: Festkörperphysik

Stand: 12.02.2021

Thermoelektrik – wie macht man Strom aus Wärme? (Prof. Dr. Sebastian Goennenwein)

Prof. Dr. Sebastian Goennenwein

ZEuS

Temperaturunterschiede lassen sich nutzen, um elektrische Ströme bzw. elektrische Energie zu erzeugen. Umgekehrt kann man in geeigneten Strukturen anhand von elektrischen Strömen aber auch kühlen oder heizen. Wir nutzen solche thermoelektrischen Effekte heute in vielen Anwendungen, z.B. in Kühlboxen, zur Energiegewinnung aus heißen Abgasen, oder in Temperaturfühlern.

Im Seminar wollen wir einerseits die Physik von grundlegenden thermoelektrischen Effekten (Seebeck-Effekt, Peltier-Effekt, Nernst-Effekt, Righi-Leduc-Effekt, etc.) besprechen. Neben experimentellen Aspekten wie Materialwahl, Messgeometrie und Effektgröße sollen dabei natürlich auch Anwendungsmöglichkeiten zur Sprache kommen.

Andererseits wollen wir aktuelle Entwicklungen in der Grundlagenforschung aufgreifen und auch sogenannte spin-kalorische Effekte betrachten. Dazu müssen die Konzepte der Thermoelektrik um magnetische Freiheitsgrade (Spin) erweitert werden – und das eröffnet ganz neue Möglichkeiten. So lassen sich zum Beispiel anhand des Spin-Seebeck-Effekts und des Spin-Nernst-Effekts durch einen „einfachen“ Temperaturgradienten reine Spinströme in verschiedene Richtungen antreiben.

Seminare Theoretische Physik

Theorie von Phänomenen der Spintronik (Dr. Niklas Rohling)

Dr. Niklas Rohling

ZEuS

Spintronik ist das Forschungsgebiet, dass sich mit der Nutzung des intrinsischen Drehimpulses von Teilchen zur Informationsverarbeitung, -speicherung und -übermittlung beschäftigt. Dieser Drehimpuls is verbunden mit einem magnetischen Moment.
Spintronik umfasst dabei eine Vielfalt von Phänomenen, die in bereits genutzt werden oder in Zukunft genutzt werden können. Insbesondere kann Spintransport in verschiednen Materialien und mit entsprechend unterschiedlicher Charakteristik stattfinden: spinabhängiger Elektronentransport in Metallen, Halbleitern, und künstlichen Strukturen wie Quantenpunkte ebenso wie Spinwellen, die auch in magnetisch geordneten Isolatoren auftreten können.

In diesem Seminar soll die Theorie verschiedener Phänomene der Spintronik darunter
- den Riesenmagnetowiderstand,
- Spinfilter,
- die Spin-Blockade in Quantenpunkten
- der Transport von Domängrenzen in Ferromagneten und in Antiferromagneten
- die Kondensation von Spinwellen,
- das Vorhalten von Spinwellen in Prototypen für logische Bauteile
sollen betrachtet werden.

Stand: 12.02.2021

Superconducting Quantum Circuits for Quantum Information Processing (Dr. Amin Hosseinkhani)

Dr. Amin Hosseinkhani

ZEuS

Superconducting qubits are among the most promising candidates for quantum information processing; long coherence-time, high fidelity, and short gate-operation-time of these types of qubits have convinced pioneer technology companies such as IBM, Intel, and Google to invest in the physical realization of quantum computation using superconductor qubits. This theory seminar aims to give an overview of the physics of superconducting quantum bits and processors. It will include 4 review lectures about the basics of superconductivity and physics of Josephson junction, how to quantize superconducting electronic circuits, and the theory of relaxation and dephasing in quantum two-level systems. The student seminar will then cover different types of superconducting qubits, their coherence properties, and the prospect of scalability.

The seminar topic include

- Cooper-pair box and Quantronium
- Flux and Phase qubit
- Transmon and Fluxonium qubits
- Bifluxon: Fluxon-Parity-Protected Superconducting Qubit
- Superconducting circuit protected by two-Cooper-pair tunneling
- Prospect of topological qubits based on Majorana zero modes
- Multqubit devices; capacitive and inductive coupling
- Coupling qubits to resonators

Stand: 12.02.2021

Neural Networks for Physicists (Dr. Aleena Laganapan)

Dr. Aleena Laganapan

ZEuS

How do we learn? How does memory and cognition work? Can we train our computer to mimic simple brain functions?

Due to the advent of large data, artificial neural networks are becoming more and more indispensable in modern science. The goal of this seminar is to give an introduction to the basic methods of neural networks in a manner that is easily understood and intuitive to physicists.

The core concepts of neural networks have their foundations on statistical mechanics i.e. probability theory and statistics. For example, we can draw parallels between neural networks’ learning methods and entropy, between neural network’s cognition and the Ising model. The seminar will cover topics from simple perceptron models to deep neural networks and Boltzmann
machines.

The students are expected to actively participate by giving a presentation of their topics and writing a simple neural network code. In contrast to conventional programming methods, where we teach a computer how to solve a problem, this seminar will demonstrate how neural network computer systems can learn to solve problems on their own using available data.

Because this seminar is expected to take place online, students are encouraged to explore online notebooks, such as Jupyter, iPython, Google collab, so they can invite other students to explore and learn from their codes during the seminar.

Requirements:
Statistical mechanics: Hamiltonian, Gibbs Entropy, Probability distribution functions, Central limittheorem, Ising Model

Basic programming: E.g. Python or Matlab

Stand: 12.02.2021

Blockveranstaltungen

Moderne Solarzellenkonzepte (apl. Prof. Dr. Giso Hahn)

apl. Prof. Dr. Giso Hahn

ZEuS

Die Photovoltaik wird eine der tragenden Säulen der auf regenerativen Quellen gestützten Energieversorgung sein. Im Seminar werden nach einer Behandlung der physikalischen Grundlagen zur Photovoltaik aktuelle und davon ausgehend diverse zukünftige Solarzellenkonzepte mit Ihren Vorteilen und Herausforderungen vorgestellt und diskutiert.
Als Einführung werden die Grundlagen der Halbleitertheorie in kompakter Form wiederholt, die zum Verständnis der unterschiedlichen Konzepte notwendig sind.
Wünschenswert bzw. Voraussetzung zur Seminarteilnahme sind Grundkenntnisse der Halbleiterphysik, wie sie z. B. im Rahmen der Festkörperphysik-Vorlesung behandelt werden.
Die Veranstaltung soll in Form eines Blockseminars gegen Ende der Sommersemester-Vorlesungszeit stattfinden.

Stand: 12.02.2021

Fortgeschrittene experimentelle Methoden in kondensierter Materie und Nanophysik (Dr. Soon Jung Jung)

Dr. Soon Jung Jung

ZEuS

Wie können wir Nanostrukturen erzeugen, die 10.000-mal kleiner sind als der Durchmesser eines menschlichen Haares? Wie können wir die Atome „sehen“ oder „berühren“, die sich auf einer Attosekunden-Zeitskala bewegen? Nanodevices sind heute Stand der Technik in der High-Tech-Industrie. Um Ihnen zu helfen, ein Experte für diese Technologie zu werden, werden wir Ihnen die Grundlagen und Möglichkeiten von Nanotechnologie, ihre Werkzeuge und Analysemethoden für die Herstellung und Charakterisierung im Nanometer Maßstab vorstellen. Darüber hinaus erwerben Sie praktische Kenntnisse und Fähigkeiten, Nanostrukturen und Devices herstellen, analysieren und abbilden zu können.  Erfahrene Forscher des Max-Plank-Instituts für Festkörperphysik in Stuttgart, spezialisiert auf Vakuumtechnik, Niedertemperaturforschung, Nanofabrikation, Rastertunnelmikroskopie, Elektronenmikroskopie, Elektronenspektroskopie und Synchrotron-basierte Spektroskopie, haben diesen Kurs zusammengestellt und aufgebaut. Die Vorlesungsreihe ist als Online-Blockkurs (1 Woche, 36 Stunden) organisiert und wird in englischer Sprache abgehalten. Interessierte Studierende sollten sich per E-Mail an uns wenden (s.jung@fkf.mpg.de).