Prüfungsart Physik, Teil A Prüfungssession Herbst 2003 Fach Festkörperphysik I DozentIn Prof. Dr. K. Ensslin
E: Hallo. Haben Sie etwas vorbereitet?
I:Ich beginne mit dem ersten Experiment, welches wir in der Vorlesung ge- hört haben und erkläre dieses. Wir hatte damals einen kleinen Stromkreis zusammengeschlossen, in welchem eine Glühbirne und ein Widerstand in Serie geschlossen waren. Beim einen Material, welches wir als Widerstand einsetzten (Metall), brannte das Licht zu Beginn und erlosch, als es heisser wurde. Beim anderen Material (Halbleiter) brannte das Licht anfangs nicht und begann zu leuchten, als der Widerstand wärmer wurde. Ich war eben dabei, die typischen Bänderschemata von Metall und HL zu erklären, als...
E: Wo liegt das Ferminiveau in einem Halbleiter?
I: Ich erkläre, dass dies abhängig von der Dotierung eines HL’s sei und schlussendlich kommt heraus, dass die effektiven Massen von Elektronen und Löchern entscheidend sind. Ich fahre weiter mit meiner Einleitung und erzäh- le etwas über den Stromtransport in vollen, bzw. teilweise gefüllten Bändern, als...
E: Wie sieht das Drude-Modell für die elektrische Leitfähigkeit aus?
I: σ = e2mnτ und erkläre, dass Drude fälschlicherweise angenommen hatte, dass alle Elektronen zum Stromtransport beitragen würden. In der korrekten Formel kommen schlussendlich doch alle Elektronen vor, nur rührt dies von einer formalen Integration über den k-Raum her. Es folgt eine Diskussion über Weshalb im k-Raum integrieren?und über die Verschiebung der Fermi- Kugel beim Anlegen eines äusseren Feldes.
E: Themawechsel, Magnetismus: Was ist Diamagnetismus?
I: Ich erzähle etwas über Eddy-Ströme und davon, dass diese dem äusseren angelegten Magnetfeld entgegenwirken.
E: Um dieses dem äusseren Magnetfeld induzierte Magnetfeld zu erhalten, braucht es Elektronen, die sich bewegen. Gibt es auch Diamagnetismus bei T = 0?
I:Bin kurz vor den Kopf gestossen, meine spontane Antwort wäre Nein ge- wesen, doch dann erzähle ich, dass ein Supraleiter ein perfekter Diamagnet sei. Er will nun ziemlich genau wissen, welche Art von Energie diese Elek- tronen Welche Elektronen überhaupt? bei T = 0 besitzen und schliesslich kommt heraus:vF ermi = 108cms−1.
E: Weshalb gibt es klassisch keinen Diamagnetismus?
I:Ich mag mich an eine Skizze aus der Vorlesung erinnern, welche darstell- te, dass die Elektronen in der Mitte eine andere Umlaufrichtung haben als diejenigen am Rande eines Festkörpers. Ich erzähle, dass sich diese Effekte
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aufheben würden und zu meinem Glück reicht ihm das.
E: Zeigen NaCl und Wasserstoff diamagnetisches Verhalten?
I:?? Jetzt folgt der Tiefstpunkt meiner Prüfung - kurz gesagt, ich hatte keine Ahnung, welche Elemente Diamagneten sind und welche nicht. Mit viel Hilfe von ihm und etliche hilflose Blicke später von mir zum Assi kommt heraus, dass die Quantenzahl l entscheidend ist. Was der Grund dafür ist, ist mir immer noch schleierhaft, ich mag mich auch nicht daran erinnern, dass wir dieses Argument in der Vorlesung behandelt hatten.
E: Supraleitung: Welches Experiment kann ich durchführen, um herauszu- finden, ob ein Material supraleitend sein kann?
I: Erleichtert über den Themawechsel schildere ich das historische Experi- ment mit Quecksilber, welches nach einer Kühlung unter die kritische Tem- peratur supraleitend wurde.
E: Weshalb ist ein Supraleiter ein perfekter Diamagnet?
I:Ich skizziere den Magnetisierungsverlauf eines SL-I-Typen.
E: Müssen diese beiden Verhalten (verschwindender Widerstand unterhalb Tc und Magnetisierungskurve) immer zusammen auftreten?
I:Wieder einmal etwas perplex über diese Frage entscheide ich mich für ein Ja und schwafle etwas von Maxwell- und London-Gleichungen. Mag mich leider nicht mehr daran erinnern, was genau die korrekte Antwort gewesen wäre.
E: Was für ein Verhalten zeigt die spezifische Wärmekapazität eines SL’s?
I: Ich skizziere den grafischen Verlauf und schreibe beim exponentiellen Ab- fall unterhalb vonTc die Formel ∼e−∆/kT hin.
E: Was ist dieses∆?
I: Ich erzähle kurz die Geschichte mit den Cooper-Paaren und dass es eine Energie von 2∆braucht, um ein solches Cooper-Paar zu trennen.
E: Gut, die Zeit ist um.
I:Etwas verwundert schaue ich auf die Uhr an der Wand - es war mir vor- gekommen, als seien noch nicht fünf Minuten verstrichen. Erleichtert stehe ich auf und verabschiede mich.
Bemerkung: Persönlich ist dies für mich eindeutig die härteste Prü- fung gewesen. Ensslin hatte einen leicht gelangweilten Eindruck auf mich gemacht und zwischendurch auch mal die Bemerkung Beschleunigen wir et- was!fallen gelassen. Doch dies zu einem Zeitpunkt, als ich bereits voll unter Stress stand und nach der richtigen Antwort in meinem zermarterten Hirn suchte!! Ich musste deshalb auch mal die Bemerkung fallen lassenSie löchern mich aber mit Fragen! - er kann in dieser Hinsicht wirklich sehr penetrant sein! Ein Hinweis noch zum Lernen: Konzentriere dich auf jeden Fall auf das physikalische Verständnis und keinenfalls auf Rechnungen! Ensslin will Proportionlitäten und Querverbindungen zwischen einzelnen Bereichen wis- sen. Viel Glück!
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