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?