III. DIE FAKULT�T F�R NATURWISSENSCHAFTEN UND DAS INSTITUT F�R PHYSIK
Die Fakultät für Naturwissenschaften hat ihren Sitz im Adolf - Ferdinand - Weinhold - Bau. Dieses Gebäude befindet sich in der Reichenhainer Str. 70.
| Die postalische Adresse lautet: | Technische Universität Chemnitz Fakultät für Naturwissenschaften D - 09107 Chemnitz Deutschland |
Dr. Eckart Fromm
Institut für Physik
Professur Nichtgleichgewichtsprozesse
Reichenhainer Str. 70, Raum 360 (3. Etage)
Tel. +49 (0) 371 531-3207
Fax. +49 (0) 371 531-3233
email: fromm@physik.tu-chemnitz.de
3. Lokaler Koordinator des Europäischen Mobilitätsschemas für Physikstudenten (EMSjS)
Prof. Dietrich R. T. Zahn
Institut für Physik
Professur Halbleiterphysik
Reichenhainer Str. 70, Raum 638 (6. Etage)
Tel. +49 (0) 371 531-3036
Fax. +49 (0) 371 531-3060
email: zahn@physik.tu-chemnitz.de
Die Fakultät für Naturwissenschaften gliedert sich in
das Institut für Physik und
das Institut für Chemie
2. Die Aufgaben des Instituts für Physik
Eine der beiden Hauptaufgaben des Instituts ist die Vertretung des Faches Physik in der Lehre. Hierzu gehört zum einen die Ausbildung im Diplomstudiengang Physik und in den Lehramtsstudiengängen mit zur Zeit insgesamt ungefähr 100 Studenten. Zum anderen vermittelt das Institut für Physik Studenten aus anderen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen der TU eine physikalische Grundausbildung. An diesen Lehraufgaben sind 16 Professoren und etwa 60 wissenschaftliche Mitarbeiter beteiligt.
Die andere wichtige Aufgabe ist die Forschung. Hierzu ist das Institut für Physik in 16 wissenschaftliche Arbeitsgruppen (Professuren) gegliedert.
Die in den Arbeitsgruppen behandelten Forschungsthemen gehören überwiegend zum Bereich der Physik der kondensierten Materie. Sie stammen sowohl aus dem Bereich der Grundlagenforschung als auch aus stärker anwendungsorientierten Gebieten.
Es gibt mannigfache Forschungskooperationen innerhalb und außerhalb der Technischen Universität. Hier wurden in den vergangenen Jahren insbesondere die europäischen Kontakte verstärkt.
Die Forschungsarbeiten werden nur zu einem Teil aus Mitteln der Universität finanziert. Zusätzlich werden in wachsendem Umfang Drittmittel eingeworben.
C. Forschungsgebiete und Professuren des Instituts für Physik
| D�nne Schichten Oberf�chen |
||
|---|---|---|
| Elektronischer Transport |
Diamant, Silicide Metallfilme Harte Schichten |
Elektronen- mikroskopie Rastertunnel- mikroskopie |
| Amorphe und fl�ssige Systeme |
Laserspektroskopie Laserdiagnostik |
||||
|---|---|---|---|---|---|
| Metallschmelzen R�ntgenstreuung |
Dynamik Transportprozesse |
Halbleiter Grenzfl�chen |
Organische Molek�le Festk�rper |
Ionenspeicher Reaktions- dynamik |
|
| Didaktik | Theoretische Grundlagen | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Computer Physik |
Nichtgleich- gewichts Prozesse |
Struktur- bildung Dynamik |
Unordnung Chaos |
||
Die dargestellten Forschungsgebiete werden von den 16 Professoren des Instituts für Physik bearbeitet. Gleichzeitig leisten die Professuren wichtige Beiträge zur Lehre.
Im folgenden werden die 16 Professuren genannt und beschrieben:
1. Oberflächen- und Grenzflächenphysik (Prof. Dr. H.-J. Hinneberg)
Schwerpunkt der Forschungsarbeiten ist das epitaktische Wachstum von Schichten und Schichtsystemen auf einkristallinen Substraten. Insbesondere wird dabei die geometrische und chemische Struktur der sich ausbildenden Grenzflächen untersucht.
Die laufenden Arbeiten betreffen das Wachstum von Silicidschichten auf und in Silicium, die für mikroelektronische Anwendungen relevant sind. Derartige Schichten haben zugleich Bedeutung für grundsätzliche Untersuchungen zum Ladungstransport. Die Probenpräparation erfolgt vorwiegend im Ultrahochvakuum durch Molekularstrahlepitaxie.
In einem weiteren Teilprojekt wird das Anfangsstadium des orientierten Wachstums von Diamantschichten auf Fremdsubstraten untersucht. Die Herstellung der Diamantschichten erfolgt durch mikrowellengestützte Plasmaabscheidung.
Hauptverfahren für die Charakterisierung der Schichtsysteme und Grenzflächen ist die hochauflösende Elektronenmikroskopie. Weiterhin werden Rutherford-Rückstreu- und Channelinguntersuchungen eingesetzt.
Für die Silicidschichten werden bei tiefen Temperaturen Messungen des spezifischen Widerstands, der magnetischen Widerstandsänderung und des Hall-Effekts durchgeführt.
In der Lehre werden Kursvorlesungen, Übungen und Praktika in Experimentalphysik durchgeführt. Es wird das physikalische Wahlpflichtfach “Dünne Schichten / Grenzflächen” angeboten.
2. Analytik an Festkörperoberflächen (Prof. Dr. M. Hietschold)
In der Forschung wird die submikroskopische und molekulare bzw. atomare Struktur von Festkörpern, insbesondere ihren Oberflächen und Grenzflächen untersucht. Weiter werden Arbeiten zur Herstellung und Analytik von Nanometerstrukturen durchgeführt.
1. Elektronenmikroskopie
Es existieren ein Raster- und zwei Transmissionselektronenmikroskope, darunter ein modernes 200 kV Transmissionselektronenmikroskop mit Feldemissionskathode und Elektronenenergieverlustspektrometer sowie die zugehörige Präparationstechnik (Elektronenmikroskopisches Labor des Instituts).
2. Raster-Sonden-Mikroskopien
Wir verfügen über Raster-Tunnel- und Raster-Kraft-Mikroskope (RTM und AFM). Entwickelt werden mikromechanische Raster-Sonden-Arrays (SFB-Thema) sowie ein Gerät (SICM-SNOM) zur elektronischen Nanostrukturierung (DFG-Schwerpunkt).
3. Ultrahochvakuum-Oberflächenanalytik
Ein komplexes Oberflächenanalysesystem mit in situ-Präparation, RTM sowie Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED) wurde Anfang 1995 in Betrieb genommen.
Mit allen genannten Geräten, die auch anderen Arbeitsgruppen zur Verfügung stehen, werden Untersuchungen zum strukturellen Aufbau organischer Festkörper und Adsorbate, sowie zur Erzeugung und Modifizierung von nanoporösem Si, von Nanometerstrukturen auf Oberflächen und im Grenzflächenbereich Metall-Halbleiter durchgeführt. Es werden zwei Teilthemen des Innovationskollegs bearbeitet. Eine enge Zusammenarbeit besteht mit den Instituten für Chemie und für Elektrotechnik und Informationstechnik (Mitarbeit im SFB) und einer Arbeitsgruppe der Theoretischen Physik. Internationale Beziehungen gibt es zu Partnern in Liechtenstein, Polen, Rußland, Schweiz, Slowakei, Tschechien, USA und Vietnam.
In der Lehre werden “Experimentalphysik” I und II sowie verschiedene Wahlpflichtfächer (“Physik der Tunnelphänomene”, “Raster-Sonden-Mikroskopien”) gelesen und außerdem mehrere Versuche für das Fortgeschrittenen-Praktikum zu modernen Mikroskopieverfahren angeboten. Weiterhin erfolgt eine Beteiligung an Spezialvorlesungen in der Elektrotechnik.
3. Physik Dünner Schichten (Prof. Dr. P. Häussler)
Das Hauptinteresse der Forschungsarbeiten gilt Systemen mit resonanzartiger gegenseitiger Beeinflussung der atomaren, elektronischen und dynamischen Struktur und den daraus resultierenden Konsequenzen für die Phasenstabilität und den elektronischen Transport. Solche Systeme zeigen eine hohe Komplexität und sind weit davon entfernt, verstanden zu sein. Als Beispiele wären zu nennen:
Die Herstellung und Charakterisierung der Proben geschieht fast ausschließlich mit in situ-Methoden bei Temperaturen zwischen 4 K und 1100 K. Eine ausgefeilte Präparations- und Meßtechnik ist dabei unerläßlich. Die atomare Struktur wird durch Elektronenbeugung, die elektronische Struktur indirekt über Transportgrößen, wie den spezifischen Widerstand, die Hallkonstante, die Thermokraft und die Wärmeleitung, im gesamten zur Verfügung stehenden Temperaturbereich untersucht. Die Forschungen sind stark grundlagenorientiert, zeigen in einigen Bereichen jedoch anwendungsorientierte Aspekte.
Ein beträchtlicher Teil der Aktivitäten, nämlich die Untersuchung der elektronischen Struktur mittels Elektronenspektroskopie, geschieht in einer Kooperation mit der Universität Basel. Weitere Kontakte und Kooperationen bestehen zu Forschern in Japan und Indien.
Zu den speziellen Lehraufgaben gehört die "Physik tiefer Temperaturen", die als physikalisches Wahlpflichtfach angeboten wird. Die Arbeitsgruppe trägt wesentlich zum Aufbau des Fortgeschrittenenpraktikums im Tieftemperaturbereich und zu Seminaren zur Festkörperphysik bei.
4. Gasentladungs- und Ionenphysik (Prof. Dr. D. Gerlich)
Das Forschungsgebiet der Professur umfaßt den Bereich der Ionen- und Molekülphysik von elementaren Stoßprozessen über Spektroskopie und die Analyse fundamentaler Plasmaprozesse bis hin zu anwendungsorientierten Fragestellungen bei der Oberflächenmodifikation durch Plasmen.
Fundamentale Fragestellungen im Bereich der Ionen-Molekülstöße ("state-to-state chemistry") werden mittels verschiedenster innovativer Ionenleit- und Speichertechniken untersucht. Dadurch gelingt es, extrem langsame Ionenstrahlen zu führen und einzelne Ionen über eine sehr lange Zeit zu beobachten.
Im Rahmen des Innovationskollegs werden zur Speicherung von Mikroteilchen neue Fallen entwickelt, die der Untersuchung der Struktur und der Dynamik von einzelnen geladenen Aggregaten (wenige Atome - Cluster - Mikroteilchen) im Übergangsbereich zwischen Molekül- und Festkörperphysik dienen sollen.
In mehreren der erwähnten Experimente werden Lasermethoden eingesetzt. Die Teilgruppe Laserpräparation und -analyse soll sich in enger Zusammenarbeit mit den anderen Gruppen nicht nur mit der Spektroskopie an gespeicherten Ionen, der Ionenerzeugung durch Multiphotonenprozesse oder der Analyse von Reaktionsprodukten widmen, sondern auch die Diagnostik von Plasmen verbessern helfen.
Eine weiter Teilgruppe (Prof. Dr. J. Meichsner) beschäftigt sich mit Niedertemperaturplasmen. Dabei spannt sich der Bogen von den Grundlagen (Diagnostik mittels elektrischer Sonden und massenspektrometrischer Methoden) über die Charakterisierung dünner Schichten mit optischen Verfahren (Ellipsometrie, FTIR, UV-VIS-Spektroskopie) zu den Anwendungen (z.B. Plasmaätzen oder -polymerisation).
Unsere grundlagenorientierte Forschung findet zum Teil auch Anwendung in industriellen Verfahren, wie z.B. der Veränderung von Textilfasern durch Plasmabehandlung oder der Gasanalyse durch spezifische Chemiionisation.
Es bestehen mehrere internationale Kooperationen (EG Förderung im HCM Netzwerk "Structure and Reactivity of Small Molecular Ions", German-Israel Foundation, NATO scientific program).
Neben Kursvorlesungen zur Experimentalphysik und fakultativen Lehrveranstaltungen wird das physikalische Wahlpflichtfach “Physik und Technik des Plasmas” (Prof. Meichsner) angeboten.
5. Technische Physik (Prof. Dr. G. Hecht)
Forschungsschwerpunkt der Professur ist die Aufklärung elementarer Wachstumsmechanismen von Schichten, die unter hohem Energieeintrag entstehen und durch reaktive und nichtreaktive Magnetronzerstäubung sowie Plasma-CVD gewonnen werden.
Bei der PCVD bilden die gepulsten Entladungen den Schwerpunkt der Untersuchungen. Die Charakterisierung der schichtbildenden Teilchenströme erfolgt primär durch optische Emissionsspektroskopie, die der Schichten durch Raster-Kraft-Mikroskopie und die Messung von elektrischer Leitfähigkeit, mechanischer Spannung, Massendichte und Mikrohärte. Die Schichtanalyse (elektronenmikroskopisch, röntgenographisch, spektroskopisch, kernphysikalisch u. a.) erfolgt in enger Kooperation mit anderen Arbeitsgruppen und Instituten.
Diese grundlagenorientierten Arbeiten schließen die Entwicklung physikalischer Modelle zum Schichtbildungsprozeß ein, so daß die Möglichkeit applikative Aufgaben effektiver zu bewältigen, gegeben ist und z. B. zur gezielten Erzeugung bestimmter Schichtstrukturen und zur Beschichtung temperaturempfindlicher Substrate genutzt wird. Die Zusammenarbeit mit Anwendern ist daher intensiv.
Gemeinsam mit der Professur Physik fester Körper wird als physikalisches Wahlpflichtfach "Physikalische Meßtechnik und physikalische Technologien" angeboten und als Serviceleistung “Physikalische Grundlagen der Technik” gelesen.
Internationale Zusammenarbeit gibt es insbesondere mit den Universitäten Limoges (Frankreich), Plzen (Tschechien) und Salford (Großbritannien) sowie Forschungsinstituten in der Ukraine und Tschechien.
Die Professur ist beteiligt am Graduiertenkolleg "Dünne Schichten und nichtkristalline Materialien" sowie an dem Sonderforschungsbereich 379 "Mikromechanische Sensor- und Aktorarrays".
6. Physik fester Körper (Prof. Dr. F. Richter)
Forschungsschwerpunkt sind Grundlagenuntersuchungen zum Wachstum dünner Schichten, insbesondere bei der Vakuumbogenverdampfung, dem Ionplating und anderen plasmagestützten Schichtabscheideverfahren. Unter anderem werden In-situ-Messungen am Abscheideprozeß, z. B. mit Massen- und Energieanalyse oder der Methode der laserinduzierten Fluoreszenz durchgeführt, um die schichtbildenden Teilchenströme zu charakterisieren. Darauf aufbauend werden physikalische Modelle der Abscheideverfahren aufgestellt. Ziel ist es, die Zusammenhänge zwischen Abscheideprozeß, Schichtstruktur und Schichteigenschaften besser zu verstehen, um letztlich bestimmte Schichteigenschaften gezielt erzeugen zu können. Die Schichtanalyse erfolgt in enger Zusammenarbeit mit anderen Gruppen; eigene Arbeiten betreffen Modellrechnungen und Experimente zur Charakterisierung mechanischer Eigenschaften von Schicht-Substrat-Verbunden.
Die Professur bestreitet gegenwärtig Vorlesungen und Seminare zur Experimentalphysik für Physik- und Lehramtsstudenten. Gemeinsam mit der Professur Technische Physik wird als physikalisches Wahlpflichtfach "Physikalische Meßtechnik und physikalische Technologien" angeboten.
Internationale Zusammenarbeit gibt es mit den Universitäten Limoges (Frankreich) und Salford (Großbritannien) sowie Forschungsinstituten in Australien, der Ukraine und Tschechien.
Die Arbeitsgruppe ist beteiligt am Graduiertenkolleg "Dünne Schichten und nichtkristalline Materialien" sowie an dem Sonderforschungsbereich "Mikromechanische Sensor- und Aktorarrays".
7. Halbleiterphysik (Prof. Dr. D. R. T. Zahn)
Das Forschungskonzept beinhaltet die Charakterisierung von Halbleiterschichtstrukturen. Dies beginnt mit der atomar "reinen" Halbleiteroberfläche eines Substrats und endet mit makroskopisch dicken Schichten von Metallen oder Halbleitern, wie sie in Bauelementen vorkommen. Da die Dimensionen von Halbleiterbauelementen zunehmend geringer werden, spielen Grenzflächen immer gewichtigere Rollen und dominieren das Verhalten elektronischer und optoelektronischer Bauelemente. Die geometrische, chemische und elektronische Struktur von Grenzflächen aufzuklären, ihren Einfluß auf Schichtsysteme zu bestimmen und darüber hinaus die Grenzflächeneigenschaften auf verschiedenste Art und Weise zu modifizieren, sind die vorrangigen Arbeitsziele der Gruppe. Zur Herstellung der Schichtsysteme werden hauptsächlich Molekularstrahlepitaxieverfahren im Ultrahochvakuum eingesetzt.
Die Charakterisierung erfolgt sowohl ex situ als auch in situ in mehreren Schritten:
In der Lehre besteht der Schwerpunkt in der Ausbildung in Experimentalphysik, speziell Festkörperphysik und Halbleiterphysik.
8. Materialforschung und Flüssigkeiten (Prof. Dr. J.-B. Suck)
Die Forschung der Gruppe ist auf zwei Schwerpunkte verteilt, von denen die Physik der Flüssigkeiten an der Professur eine lange Tradition hat, während die Materialforschung sich z. Z. im Aufbau befindet. Ziel der Forschung in beiden Teilbereichen ist ein besseres Verständnis der interatomaren Wechselwirkung als Funktion der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur und des Drucks in den untersuchten Systemen, in flüssigen, amorphen, quasikristallinen und nano-kristallinen Legierungen und festen Lösungen. Charakteristisch für die Arbeiten der Gruppe ist die Kombination von unelastischen und elastischen Streuexperimenten mit Neutronen an auswärtigen Quellen mit mehr integralen Messungen in Chemnitz.
Bei den Flüssigkeiten werden vor allem kollektive Schwingungsanregungen und Selbst- und Interdiffusion mit unelastischer Neutronenstreuung, Viskosität mit dem Schwingtiegelverfahren, elektrische Leitfähigkeit mit Drehfeld- und Induktionsmethoden und magnetische Suszeptibilität mit Magnetometern z. Z. vor allem an binären (unterkühlten) Flüssigkeiten nahe der Mischungslücke untersucht. An ähnlichen Systemen wird die Beeinflussung des Tropfentransports durch Grenzflächen beim Erstarren (auch im Rahmen von Weltraumexperimenten) und an liegenden Tropfen auch Benetzungseigenschaften und Oberflächenspannung gemessen.
Im Rahmen der Materialforschung interessieren hauptsächlich die Herstellung neuer Materialien und die Bestimmung ihrer Phasendiagramme mit Hilfe von Röntgen- und Neutronendiffraktometrie, kalorimetrischen Methoden (DSC) und -in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen- Elektronenmikroskopie. Weiterhin werden vor allem ihre atomare und Spin-Dynamik mit unelastischer Neutronenstreuung und ihre thermodynamischen und magnetischen Eigenschaften mit Kalorimetrie und Suszeptibilitätsmessungen untersucht.
Es existieren Zusammenarbeiten mit Gruppen in Rußland, Frankreich, Italien, Holland, Kanada, Schweiz und USA.
In der Lehre werden Vorlesungen und Seminare in der Experimentalphysik, insbesondere in der Festkörperphysik und Materialforschung angeboten. Als physikalisches Wahlpflichtfach werden die Vorlesungen “Charakterisierungsmethoden in der Festkörperphysik” und “Physik der Flüssigkeiten” angeboten.
9. Röntgen- und Neutronendiffraktometrie (Prof. Dr. W. Hoyer)
Der Schwerpunkt der Forschungstätigkeit ist die Strukturuntersuchung kondensierter Stoffe mit Beugungsmethoden. Röntgen- und Neutronendiffraktion werden eingesetzt zur Untersuchung
Für die Röntgenbeugungsexperimente stehen eine Reihe spezieller Diffraktometer zur Verfügung. Die Neutronenmessungen werden am LLB Saclay, RAL Chilton, VIK Dubna und HMI Berlin ausgeführt. Wissenschaftliche Zusammenarbeit wird mit experimentellen und theoretischen Arbeitsgruppen des In- und Auslandes zu Dünnschichten und nichtkristallinen Materialien gepflegt.
Die Lehrtätigkeit umfaßt Kursvorlesungen in Experimentalphysik, Spezialvorlesungen zu Strukturuntersuchungen und zur Physik flüssiger und amorpher Metalle (physikalisches Wahlpflichtfach).
10. Optische Spektroskopie und Molekülphysik (Prof. Dr. C. von Borczyskowski)
Forschungschwerpunkt ist die laserspektroskopische Untersuchung angeregter Elektronenzustände mit hoher zeitlicher (ps...60 fs), spektraler (1 MHz) und räumlicher (250 nm) Auflösung. Vorrangig interessieren dynamische Prozesse in kondensierter Phase.
Breitgefächerte wissenschaftliche Zusammenarbeit besteht mit Wissenschaftlern und Einrichtungen in Bordeaux, Grenoble, Minsk, Moskau, Leiden, Funchal, Jekaterinenburg, Düsseldorf, München und Berlin.
Die Lehrtätigkeit erstreckt sich auf Bereiche der Experimentalphysik mit dem Schwerpunkt Molekül- und Festkörperspektroskopie (physikalisches Wahlpflichtfach).
11. Theorie von Nichtgleichgewichtsprozessen (Prof. Dr. R. Lenk)
Die klassischen Theorien des elektronischen Transports sind auf kristalline Systeme mit vereinzelten Störungen zugeschnitten. Es gibt jedoch viele darüber hinausgehende Anforderungen an die theoretische Beschreibung. Beispiele sind das Verhalten stark fehlgeordneter bzw. amorpher Materialien wie Gläser, Schmelzen oder Flüssigkeiten einerseits und künstlicher Mikrostrukturen, bei denen quantenmechanische Interferenz- und Größeneffekte (Size-Effekte) wichtig werden, andererseits. Typische Untersuchungsobjekte sind gestörte Quantenfilme und -drähte, insbesondere Filme mit starker Grenzflächenrauhigkeit, gestörte Wellenleiter, Kontakte, Korngrenzen und andere lokalisierte Störungen.
Wir haben zwei voneinander unabhängige Methoden entwickelt:
Alle diese Probleme können in sehr allgemeiner Weise mit Hilfe eines Minimal-Prinzips für die Entropie-Produktion formuliert werden.
Die Professur ist am Chemnitzer Graduiertenkolleg und mit einem Teilprojekt am Innovationskolleg beteiligt.
In der Lehre werden Vorlesungen zu wechselnden Teilen des 6semestrigen obligatorischen Kurses “Theoretische Physik” für Studenten im Diplomstudiengang Physik wie auch für Lehramtsstudenten gehalten. Außerdem werden Vorlesungen über “Stochastische Prozesse” und “Transporttheorie” angeboten, die als Wahlpflichtfächer geeignet sind.
12. Relaxations-, Strahlungs- und Tunnelprozesse (Prof. Dr. R. Pässler)
Schwerpunkt der Forschung ist die theoretische Beschreibung strahlender und strahlungsloser Relaxationsprozesse angeregter Ladungsträger in Halbleitern, die von Prozessen der Emission oder Absorption vieler Phononen begleitet sind. Charakteristische Möglichkeiten einer Dominanz strahlungsloser Multiphononenprozesse gegenüber anderen bekannten Relaxationsmechanismen wurden von uns in vorangegangenen Publikationen insbesondere für eine Reihe repulsiver Störstellen theoretisch nachgewiesen.
Hauptziel der gegenwärtigen Forschungsarbeiten sind selbstkonsistente theoretische Interpretationen korrelierter optischer und elektrischer Datenfelder tiefer Störstellen in verschiedenen Halbleitermaterialien auf der Grundlage entsprechender Konfigurations-Koordinaten-Diagramme.
Numerische Bestimmungen der wichtigsten Störstellenparameter erfolgen hierbei vornehmlich über Feinanpassungen thermisch aktivierter Banden von Photoionisationsquerschnitten mit Hilfe unkonventioneller hocheffektiver Anpassungsstrategien und -programme. Vertiefte Untersuchungen und Interpretationen des Relaxationsverhaltens tiefer Substitutionsstörstellen im Silizium werden in Zusammenarbeit mit experimentellen Gruppen (insbesondere der Universität Lund, Schweden) realisiert.
Wir erarbeiten einen neuen analytischen Apparat zur detaillierten Darstellung der qualitativ unterschiedlichen Beiträge der akustischen und optischen Phononen zu den Temperaturabhängigkeiten der Energielücken von Halbleitern. Umfassende numerische Analysen repräsentativer Sätze entsprechender experimenteller Daten aus der Literatur werden durchgeführt. Gegenseitig abgestimmte experimentelle und theoretische Forschungen auf diesem Gebiet erfolgen insbesondere in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Regensburg, und die Ergebnisse werden gemeinsam publiziert.
Der Hauptbeitrag zur Lehre im Rahmen der Grundausbildung von Physikstudenten besteht vor allem in Vorlesungen und Übungen zur statistischen Mechanik, Thermodynamik und Klassischen Mechanik sowie in Seminaren zu strahlenden und strahlungslosen Multiphononenprozessen.
13. Theorie ungeordneter Systeme (Prof. Dr. M. Schreiber)
Die elektronischen und strukturellen Eigenschaften verschiedener Materialien, z. B. amorpher Halbleiter, metallischer Systeme, Supraleiter, konjugierter Polymere werden berechnet. Das Ziel der stark interdisziplinär orientierten Forschungen, die von der Halbleiterphysik über die Chemische Physik bis hin zur Statistischen Physik reichen, ist es insbesondere, das Relaxationsverhalten und die Transporteigenschaften zu beschreiben. Dazu werden einerseits einfache Modelle exakt gelöst, um ein grundlegendes Verständnis der charakteristischen Eigenschaften ungeordneter Systeme zu gewinnen. Multifraktale Analysen und Zufallsmatrizentheorie sind hierfür typische Werkzeuge. Andererseits werden mit Hilfe von Molekulardynamik- und Monte-Carlo-Methoden materialspezifische und technologisch orientierte Fragestellungen auf quantenmechanischer Grundlage behandelt.
Die stark numerisch geprägten Forschungen werden auf zahlreichen PCs und Workstations vorbereitet und auf verschiedenen Höchstleistungsrechnern (Parallel- und Vektorrechnern) an mehreren Standorten in Deutschland durchgeführt.
Kooperationen und gemeinsame Projekte bestehen mit verschiedenen Arbeitsgruppen im In- und Ausland, insbesondere in Japan, USA, England, Estland, Österreich und der Schweiz. Die Forschungen werden u. a. durch die EU und die DFG in verschiedenen Schwerpunktprogrammen gefördert.
In Chemnitz ist die Arbeitsgruppe beteiligt am Graduiertenkolleg, am Innovationskolleg und am Sonderforschungsbereich 393.
In der Lehre werden neben Kursvorlesungen und Übungen zur Theoretischen Physik für Physikstudenten und Lehramtskandidaten verschiedene Spezialvorlesungen angeboten, z. B. “Dynamik und Statistische Physik” und “Festkörperphysik” als physikalisches Wahlpflichtfach. Es werden Doktorandenprogramme, Workshops und Tagungen organisiert.
14. Struktur und Elektronenstruktur nichtkristalliner Materialien (Prof. Dr. H. Solbrig)
Die quantenmechanischen Mechanismen der Strukturstabilisierung amorpher Metalle sind bisher nur grob verstanden. Ziel unserer Arbeit ist die Untersuchung der Wechselbeziehungen, die in amorphen und flüssigen Metallen zwischen den Elektronen und der Verteilung der Atome im Raum bestehen. Es geht darum, wie die chemische Nahordnung und die mittelreichweitige Ordnung zusammenwirken, um eine möglichst feste Bindung des Materials zu erreichen. Die meßbaren Materialeigenschaften hängen sehr empfindlich davon ab.
Mit Hilfe von Rechnern erzeugen wir realistische Modelle (Strukturmodelle) der räumlichen Atomanordnung in bestimmten Materialien. Dabei werden Monte-Carlo-Methoden und molekulardynamische Programme eingesetzt. Auf der Grundlage solcher Strukturmodelle berechnen wir dann die elektronische Zustandsdichte und die elektrische Leitfähigkeit. Hierfür haben wir mehrere eigenständige Lösungswege im Rahmen des Konzepts der Vielfachstreuung von Elektronenwellen entwickelt.
Indem man Zusammenhänge zwischen den berechneten elektronischen Eigenschaften und den Struktureigenschaften des Modells ermittelt, erhält man Einblick in die Struktur-Eigenschafts-Beziehung des Materials. Wir beschäftigen uns mit amorphen und flüssigen Übergangsmetallen und mit Quasikristallen.
In der Lehre werden Vorlesungen und Übungen zu verschiedenen Teilen des Kurses Theoretische Physik für Studenten des Diplomstudienganges Physik durchgeführt. Unser Angebot im Praktikum für Fortgeschrittene demonstriert den Einsatz numerischer Verfahren in der theoretischen Materialforschung zu den amorphen und flüssigen Metallen. In der physikalischen Wahlpflichtfachausbildung des Diplomstudienganges Physik gestalten wir gemeinsam mit anderen Professuren das physikalische Wahlpflichtfach Flüssige und amorphe Metalle. Darüber hinaus werden wechselnde fakultative Vorlesungen angeboten (Relativitätstheorie, Astrophysik I/II, Streuung und Interferenz von Wellen).
15. Theoretische Physik, insbesondere Computerphysik (Prof. Dr. K. H. Hoffmann)
Unsere Forschungsarbeiten entstammen den Gebieten der Nichtgleichgewichtsthermodynamik und -statistik und der Computational Physics. Sie lassen sich in zwei Bereiche gliedern, die eng miteinander verbunden sind:
Im Gebiet Optimierung thermodynamischer Prozesse behandeln wir Prozesse, die einen Prozeßparameter extremalisieren. Zum Beispiel geht es um die Frage, ob und wenn ja, welche Grenzen für die zu gewinnende Arbeit bestehen, wenn der thermodynamische Prozeß irreversibel geführt wird. Ziel unserer Arbeiten ist, die in dem thermodynamischen Prozeß selbst liegenden Grenzen aufzuzeigen.
Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet der hierbei verwendeten Methoden im Bereich der statistischen Physik ist das stochastische Optimierungsverfahren Simulated Annealing.
Es bestehen intensive Kollaborationen mit Gruppen in Dänemark und den USA sowie mit vielen anderen europäischen Ländern. Unsere Arbeiten werden und wurden von der DFG und der EU unterstützt.
Unser Lehrangebot umfaßt:
16. Didaktik der Naturwissenschaften (Prof. Dr. R. Göbel)
Forschung
| Dauer des Studiums: | 5 Jahre |
| Grad: | Diplom-Physiker (Dipl. Phys.) |
Das breit angelegte Grundstudium vermittelt das notwendige mathematische Rüstzeug sowie Grundkenntnisse auf allen Teilgebieten der Physik, es ermöglicht so einen Überblick über das gesamte Gebiet. Experimentelle Grundfertigkeiten werden in einem viersemestrigen Grundpraktikum erworben.
Beim Nebenfach können die Studenten wählen, welches der Fächer Informatik bzw. Chemie sie vertieft belegen wollen, vom jeweils anderen Fach werden die Grundlagen ebenfalls vermittelt.
Im Hauptstudium sollen Studenten vertiefte Kenntnisse über wichtige moderne Arbeitsgebiete der Physik erwerben. Hierzu gehört auch das Angebot einer breiten Palette von physikalischen Wahlfächern, von denen eines als Pflichtfach belegt werden muß. Die Belegung eines nichtphysikalischen Wahlfaches führt zu Kenntnissen über verwandte naturwissenschaftliche oder ingenieurwissenschaftliche Arbeitsgebiete; aber auch Betriebswirtschaft wird an der TU Chemnitz angeboten.
In einem Laborpraktikum werden die Studenten vor der Diplomarbeit in einem Gebiet bis an den aktuellen Stand der Forschung herangeführt.
In der einjährigen Diplomarbeit bearbeiten sie unter Anleitung, aber zunehmend selbständig, ein Teilthema aus einem Forschungsprojekt und werden so in die Methodik selbständiger wissenschaftlicher Arbeit eingeführt.
Die Lehrveranstaltungen des Grundstudiums umfassen einen Zeitumfang von 88 Semesterwochenstunden (entspr. 1320 h); die Lehrveranstaltungen des Hauptstudiums umfassen einen Zeitumfang von 72 SWS (entspr. 1080 h). Dazu kommt die Anfertigung der Diplomarbeit über einen Zeitraum von 12 Monaten einschließlich einer 3 monatigen Vorbereitung. Die beste Zeit für den Austausch der Studenten besteht im 3. und 4. Jahr des Studiums. Der Zeitraum des Aufenthalts sollte ein bzw. zwei Semester betragen.
| Experimental- physik I-IV | Theoretische Physik I, II | H�here Mathematik I-IV | Nebenfach Chemie / Informatik (jeweils mit Praktika) | |||
| Physikalisches Grundpraktikum I-IV | ||||||
| Diplomvorpr�fung | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Physik der kondensierten Materie I, II | Theoretische Physik III-VI | Wahlpflichtf�cher:
| Fortgeschrittenen- Praktikum | |||
| Atome, Molek�le, Laser | ||||||
| Ausgew�hlte Kapitel der modernen Physik | Ober- seminar | |||||
| Laborpraktikum (Umlauf und Spezialisierung) | ||||||
Diplompr�fung mit Diplomarbeit | ||||||
