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?

 

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