Fragen zur Selbstkontrolle

• Warum binden sich neutrale Atome zu Molekülen? Wodurch ist der Energiegewinn begründet?
• Wie behandelt man das Problem der kovalenten Bindung des H2+-Ions (Ansatz, Näherungen)
• Energieverlauf der bindendenden und antibindenden Zustände (was bedeutet bindend/antibindend überhaupt?).
• Was hat das Pauli-Prinzip mit den elektronischen Wellenfunktionen des H2-Molekül zu tun?
• Warum bilden sich Hybridorbitale?
• Warum sind Graphit und Diamant so unterschiedlich?

• Welche inneren Freiheitsgrade besitzen Moleküle und welche Energien benötigt man, um diese jeweils anzuregen?
• Wie sind die Rotationsenergien quantisiert? Welche Übergänge sind erlaubt und warum?
• Wie wechselwirkt elektromagnetische Strahlung mit Molekülen?
• Welche Photonenenergie bzw. Frequenzen benötigt man zur Untersuchung von Rotationsübergängen?
• Wie misst man Trägheitsmomente von Molekülen?
• Kann man die Trägheitsmomente eines linearen Moleküls entlang aller Hauptachsen messen?
• Warum nimmt die Intensität der Linien in Rotationsspektren mit der Quantenzahl J erst zu und dann ab?
• Wie kann man molkulare Schwingungen beschreiben (Quantenzahlen?)
• Warum sind Änderungen der Schwingungszustände in der Regel mit Änderungen der Rotationszustände verbunden?
• Wie sehen typische Rotationsschwingungsspektren aus?
• Welche Schwingungen gibt es bei CO2? Welche bei H2O udn warum ist die Anzahl der Moden unterschiedlich?
• Was ist Raman-Streuung?
• Was sind Stokes- und Anti-Stokes-Linien? Welche davon ist intensiver und warum?
• Was ist die Rayleigh-Linie?
• Warum gibt es Virbrations-Raman-Linien?
• Warum gibt es Rotations-Raman-Linien?
• Was ist der fundamentale Unterschied zwischen IR- und Raman-Spektroskopie?
• Erklären Sie das Franck-Condon-Prinzip.
• Wie ist das Arbeitsprinzip eines Fourier-Transform-IR-Spektrometer?

• Warum organisieren sich Atome/Moleküle zu Festkörpern?
• Welches sind die wichtigsten Bindungstypen und wie stark sind die Bindungsenergien?
• Was ist das physikalische Prinzip, auf dem die jeweiligen Bindungstypen beruhen?
• Wie lässt sich das Bindungspotential z.B. modellieren?
• Was ist die Madelungenergie?

• Welche Konsequenzen ergeben sich aus den jeweiligen Bindungstypern für die jeweiligen Festkörper?
• Was ist ein Kristall?
• Bravaisgitter?
• Welche Symmetrien kann oder muss ein Kristall haben?
• Was ist eine Punktgruppe?
• Welche Rotationssymmetrien sind in Kristallen erlaubt? Warum?
• Was ist ein Quasi-Kristall?
• Wieviele Raumgruppen gibt es und warum sind das so wenige?

• Mit welchen Teilchen kann man Diffraktionsexperimente an Kristallen durchführen?
• Vor- und Nachteile der jeweiligen Strahlungsarten?
• Bragg-Gesetz?
• Laue-Bedingung?
• Was ist das reziproke Gitter?
• Welche wichtigen Eigenschaften hat es?
• Was ist eine Brillouin-Zone (BZ)
• Wie definiert man Ebenen und Richtungen im Kristall und was hat das mit dem rezipraken Gitter zu tun?
• Wozu braucht man das reziproke Gitter eigentlich?
• Wie lässt sich die Laue-Bedingung geometrisch darstellen und lösen?
• Laue-Methode?
• Drehkristallmethode?
• Debye-Scherrer-Methode?
• Welche Methode würden Sie zu welchem Zweck wählen?
• Erzeugung von Röntgenstrahlen?
• Nachweis von Röntgenstrahlen?

• Welche Näherungen macht man im Fall einer "linearen Kette" von Atomen?
• Warum lassen sich "Gittereigenschaften" und "Elektronische Eigenschaften" von Kristallen separat diskutieren?
• Wie stellt man die Bewegungsgleichung von Atomen in einer Kette auf?
• Wie lautet die Dispersionsrelation? Zeichnen! Welche besonderen Eigenschaften hat die Dispersion (und was ist eine Dispersion überhaupt)?
• Was ändert sich im Fall einer 2-atomigen Basis?
• Was sind Phononen?
• Was ist die grundlegende Idee beim Quasi-Teilchen-Konzept?
• Was hat die Phononendispersion mit der Schallgeschindigkeit zu tun?
• Wie gross sind Schallgeschwindigkeiten in Festkörpern?
• Und typische Phononenergien am Rand der BZ?
• Wie misst man experimentell Phonenendispersionen?
• Was sind die Nachteile bei Verwendung von Photonen?
• Was ist die Zustandsdichte? Wie berechnet man sie und wozu ist diese Größe gut?
• Skizzieren Sie die Wärmekapazität des Gitters und erklären Sie den Verlauf? Wie berechnet man sie?
• Und wie misst man sie?
• Was sind "gute" Näherungen bei der Berechnung der Wärmekapazität? Was heisst eigentlich "gut" in Bezug auf die verschiedenen Phononenzweige?
• Welche physikalische Bedeutung hat die Debye-Temperatur? Wie gross sind typische Debye-Temperaturen in Festkörpern?
• Was sind die wichtigsten Annahmen des Einstein-Modells für Phononen?
• Was
• Wie lauten die Definition und die Grundgleichung der Wärmeleitung?
• Skizzieren Sie die Wärmeleitung des Gitters und erklären Sie den Verlauf anhand grundlegender Prinzipien.
• Was sind Normal- und Umklapp-Prozesse und wie wichtig sind sie für die Wärmeleitung in Gittern?

• Was unterscheidet Fermionen und Bosonen?
• Was ist die Fermikugel? Fermienergie? Fermi-Wellenvektor?
• Wie gross sind typische Fermieenergien in Metallen?
• Was sind die Grundannahmen des Modell des freien Elektronengases? Welche Gleichung muss man lösen, wie sieht das Potential aus, und welchen Ansatz kann man wählen?
• Wie sind die Ergebnisse (Energie und Wellenfunktionen)?
• Welche Bedeutung haben die jeweiligen Randbedingungen?
• Wie lautet die Zustandsdichte im freien Elektronengas in 3D?
• Was ändert sich in 1D und 2D und warum?
• Skizzieren Sie die Wärmekapazität freier Elektronen und erklären Sie sie.
• Was ändert sich im periodischen Potential im Vergleich zu freien Elektronen?
• Was sind Bloch-Elektronen?
• Was ist das Modell des "leeren Gitters" und wie sehen die Lösungen (Energie vs Wellenzahl) aus?
• Was ändert sich bei endlichem (weiterhin periodischem) Potential?
• Erklären Sie die an den Rändern der BZ auftretenden Aufspaltungen der Bänder.
• Was ist überhaupt ein Band?
• Wie bestimmt man experimentell die Bandstruktur?
• Was unterscheidet Metalle, Isolatoren und Halbmetalle?
• Beschleunigungstheorem?
• Was ist die effektive Masse? Skizzieren sie m* für ein einfaches Metall (am besten E vs k, v vs. k, m* vs k).
• Warum kann m* negativ werden? Ist das nicht völliger Unsinn?
• Wie lautet das Ohmsche Gesetz?
• Welche Elektronen in einfachen Metallen sind für Transport- und Streuprozesse relevant?
• Was passiert im elektrischen Feld mit der Fermikugel?
• Welches sind die wichtigsten Streuoprozesse, die die Fermikugel im k-Raum zum Stillstand bringen?
• Skizzieren Sie die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes einfacher Metalle und erklären Sie den Verlauf.
• Erklären Sie die Wärmeleitfähigkeit einfacher Metalle.
• Wie lautet das Wiedemann-Franz-Gesetz? Warum gilt es (manchmal) und wann gilt es nicht?

• Was ist ein Supraleiter?
• Warum schweben SL manchmal?
• Was unterscheidet SL 1. und 2. Art? Skizzieren Sie z.B. Magnetisierung vs. Magnetfeld und/oder magnetische Flussdichte im Inneren eines SL.
• Was ist ein Flussschlauch/Vortex in einem SL? Wann können diese auftreten?
• Und warum?
• Was ist die 1. London-Gleichung, woher kommt sie und was sagt sie aus?
• Was ist die 2. London-Gleichung, woher kommt sie und was sagt sie aus?
• Skizzieren Sie den Verlauf der magnetischen Flussdichte beim Übergang zwischen Normal- und Supraleiter? Welches ist die charakteristische Längenskala?
• Wie schirmt ein SL Magnetfelder ab?