Marcus Kasner
Institut für Theoretische Physik


Aktuelle Vorlesung ab 19. April 2024

The renormalization group in physics

SS2024


Pfadintegrale in der Quantenmechanik
und in der Statistischen Physik

SS2022
WS2018/19
WS2014/15
SS2011
SS2009

Die Quanten-Hall-Effekte
WS2019/20
WS2013/14
SS2007

Exakt lösbare Modelle in der Vielteilchenphysik
WS2020/21
SS2017
WS2012/13
WS2009/10

Theorie der Anderson-Lokalisierung
SS2023
WS2017/18
SS2013
WS2008/09

Fortgeschrittene Themen der
Theorie der Supraleitung und Suprafluidität

WS2022/23
SS2019
SS2014

Theorie der Supraleitung
WS2016/17
WS2011/12
WS2007/08

Starke Magnetfelder in der Festkörperphysik
SS2021
SS2016
WS2010/11

Mathematische Ergänzungen zur Vorlesung
Theoretische Physik I

WS2015/16

Quantentheorie des Magnetismus
SS2012

Musterbildung
SS2008


Physics Department

University of Frankfurt

Vorlesung von PD Dr. Marcus Kasner im Sommersemester 2021



Starke Magnetfelder in der Festkörperphysik

Vorlesung: Freitag, 8.30-10.00 Uhr
Ort: Die Vorlesung findet virtuell statt. Der Link kann im Vorlesungsverzeichnis oder auf der OLAT-Plattform der Universität gefunden werden.
Beginn: Freitag, den 16. April 2021
Die Vorlesung ist Teil des Wahlpflichtmoduls VKTHFPM des Masterstudiengangs Physik. Sie umfasst 14 Veranstaltungen
Es sind keine Übungen vorgesehen.

Zusammenfassung

Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes kommt es zu wesentlichen Änderungen der experimentell nachweisbaren magnetischen und Transporteigenschaften eines Festkörpers im Vergleich zum magnetfeldfreien Fall. Diese Ergebnisse eröffnen andererseits die Möglichkeit, tiefere Einsichten in die elektronische Struktur von Festkörpern, z.B. die Bestimmung der Form der Fermifläche eines Metalls, zu gewinnen.
In der Vorlesung wird sowohl auf der Basis der quantenmechanischen und quasiklassischen Behandlung das Gebiet starker Magnetfelder behandelt, das in den letzten 30 Jahren zu einer Vielzahl interessanter Entdeckungen geführt hat. Dazu gehören insbesondere die Entdeckung des ganzzahligen Quanten-Hall-Effekts (Physik-Nobelpreis 1985), des gebrochenzahligen Quanten-Hall-Effekts (Nobelpreis 1998) und des anomalen Quanten-Hall-Effekts in Graphen (Nobelpreis 2010).
Den Schwerpunkt bilden dabei die magnetische Eigenschaften und die charakteristischen Größen des elektrischen Transports.


Themen
  1. Die Quantenmechanik freier Elektronen im Kontinuum und im Gitter
    • Klassische Beschreibung eines Elektrons im Magnetfeld
    • Quantenmechanik freier Elektronen: Landau-Niveaus
    • Freie Elektronen im periodischen Potential: Bloch-Elektronen ohne und mit Magnetfeld
    • Harpers Gleichung und das Hofstadter-Problem
    • Die quasiklassische Näherung

  2. Magnetische Eigenschaften im Festkörper
    • Landauscher Diamagnetismus und Paulischer Paramagnetismus im Fall schwacher Magnetfelder
    • Die Oszillation der Magnetisierung freier Elektronen im starken Magnetfeld
    • Bohr-Sommerfeld-Quantisierung der quasiklassischen Theorie im periodischen Potential und Magnetfeld
    • Der de Haas-van Alphen-Effekt in Metallen: Theorie und Experiment und die Bestimmung der Fermifläche von Metallen

  3. Magnetotransport
    • Klassischer Hall-Effekt und die Drude-Theorie
    • Boltzmann-Theorie des Magneto-Transports
    • Quantenmechanische Behandlung der elektrischen Leitfähigkeit mit Unordnung: der Schubnikow-de Haas-Effekt
    • Transport in starken Magnetfeldern: Der ganzzahlige (IQHE) und der gebrochenzahlige (FQHE) Quanten-Hall-Effekt

  4. Der anomale Quanten-Hall-Effekt in Graphen
    • Das Energiespektrum von Graphen
    • Eigenschaften des Magneto-Transports

Literatur
  1. N. W. Ashcroft N. D. Mermin: Solid State Physics, Saunders College, Philadelphia, 1988.
  2. E. M. Lifschitz, L. P. Pitajewski: Statistische Physik, Teil 2, Band 9 des Landau-Lifschitz, Akademie-Verlag, Berlin, 1988.
  3. D. Shoenberg, Magnetic oscillation in metals, 2nd ed., Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1984.
  4. D. Das Sarma und A. Pinczuk (eds.), Perspectives in quantum Hall effects: Novel quantum liquids in low-dimensional seminconductor structures, Wiley, New York, 1997.
  5. T. Chakraborty, P. Pietiläinen, The fractional quantum Hall effect, 2nd ed., Springer, Berlin, 1995.
  6. Originalarbeiten



 
kasner   [ 29-Sep-21 ]