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?
Welchen Einfluss können Liganden auf die elektronischen Zustände von Atomen in Molekülen haben? Was bedeuten die Bezeichnungen "high-spin" oder "low-spin" Zustand?
Was ist eine Spin-State-Transition?

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 Vibrations-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 modellieren?
Was hält dte Atome auseinander, d.h. was begründet den abstoßenden Teil des Potentials?
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 reziproken 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?
Wie erzeugt man Röntgenstrahlung?

Welche Näherungen macht man im Fall einer "linearen Kette" von Atomen? Warum ist eine Kette von Atomen ein sinvoller Ansatz zur Beschreibung von 3D Gittern?
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 unterscheidet optische von akustischen Schwingungsmoden? Woher kommen die Namen?
Was sind Phononen?
Was ist die grundlegende Idee beim Quasi-Teilchen-Konzept?
Was hat die Phononendispersion mit der Schallgeschindigkeit zu tun?
Wie gross sind typische Schallgeschwindigkeiten in Festkörpern?
Und typische Phononenergien am Rand der BZ?
Wie gross ist eigentlich eine typische 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?
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?
Was sind die Ergebnisse (Energie und Wellenfunktionen)?
Welche Bedeutung haben die jeweiligen Randbedingungen?
Wie lautet die Zustandsdichte für das freie 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?
Fortgeschrittenenfrage: 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?
Wie lässt sich eine schwache attriktive Wechselwirkung zwischen Elektronen Erklären?
Und wie lässt sich das experimentell nachweisen?
Was bedeutet "Instabilität der Fermifläche"?
Warum haben die Elektronen eines Cooper-Paares entgegengesetzte Wellenzahlvektoren?
Erklärt die Existenz von Cooper-Paaren das Verschwinden des elektrischen Widerstandes in SLern?
Was sind die Grundideed und wichtigsten Ergebnisse der BCS Theorie?
Was ist eine makroskopische Wellenfunktion?
Welcher Fluss bei einem supraleitenden Objekt (?) ist quantisiert und warum?

Was ist ein intrinsischer Halbleiter?
Was sind direkte/indirekte Halbleiter und warum und wofür ist die Unterscheidung wichtig/unwichtig?
Wie berechnet man die Anzahl der Ladungsträger in Halbleiter grundsätzlich?
Was ist das Massenwirkungsgesetz der Halbleiter?
Was ist ein Exziton und warum gibt es solche Quasiteilchen?
Wozu ist das Modell des Wasserstoffatoms gut in diesem Zusammenhang?
Wie dotiert man Halbleiter?
Wie weit verteilen sich die dotierten Ladungsträger um eine Störstelle? Wie kann man das mathematisch beschreiben?
Diskutieren Sie qualitativ die Temperatureabhängigkeit der Ladungsträgerdichte und des chemischen Potentials in Halbleitern
Welche Streuprozesse sind wichtig beim elektrischen Ladungstransport in Halbleitern?
Was ist ein pn-Übergang?
Warum bildet sich eine Raumladungszone aus?
Wie geht man das Problem an (Rechnen; Ansatz)?
Welche Ströme fliessen am pn-Übergang im dynamischen Gleichgewicht?
Wie sieht die Strom-Spannungs-Kennlinie des pn-Übergangs aus? Und Warum?
Was passiert beim Zener-Durchbruch?
Warum wirkt eine Diode als Gleichrichter?
Wie funktioniert eine LED prinzipiell?
Und eine Solarzelle?

Woraus resultieren die magnetischen Momente in Festkörpern?
Warum tritt in allen Festkörper (auch) Diamagnetismus auf?
Was sind paramagnetische Materialien/Atome?
Warum ist es zunächst überraschend, dass Metalle Ferromagnetismus zeigen?
Warum entstehen magnetische Domänen?
Wie erklärt sich eine ferromagnetische Hysteresekurve?