PH2165 Quantenmechanik molekularer Systeme
Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.
Wählen Sie eine Modulversion:PH2165 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.
- Spezifischer Spezialfachkatalog Biophysik
- Komplementärer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
- Spezialisierung im Elitemasterstudiengang Theoretische und Mathematische Physik (TMP)
- Komplementärer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
- Komplementärer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
- Katalog der M.Sc. Physik für Austauschstudierende
Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.
Gesamtaufwand | Präsenzveranstaltung | Umfang (ECTS) |
---|---|---|
150 h | 60 h | 5 CP |
Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2165 in der Version 2024w ist Scherer, Philipp.
Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen
Schrödingergleichung und Wellenfunktionen
Modell freier Elektronen im Kasten
harmonischer Oszillator
anharmonische Korrekturen
starrer Rotor
Molekulare Zustände
Born-Oppenheimer Näherung
Slater-Determinanten
Elektronenstrukturrechnungen für molekulare Systeme (LCAO-MO)
Elektron-Schwingungskopplung
Übergänge zwischen Zuständen
quasiklassische Näherung, Landau-Zener Modell
zeitabhängige Störungsrechnung, Fermis Goldene Regel
optische Übergänge
Nach der Teilnahme können die Studierenden einfache quantemechnische Modelle auf molekulare Systeme anwenden um molekulare Zustände und Übergänge zu analysieren.
Sie können
- die Pi-Elektronensysteme von Molekülen mit konjugierten Doppelbindungen im Rahmen des Modells freier Elektronen beschreiben.
- den Hamiltonoperator des harmonischen Oszillators mit Auf- und Absteigeoperatoren formulieren und die zeitunabhängige Schrödingergleichung lösen.
- anharmonische Effeket störungstheoretisch beschreiben
- lokalisierte Wellenpakete bestimmen, die die zeitabhängige Schrödinger Gleichung für freie Teilchen oder Teilchen in einem harmonischen Potential lösen.
- den Hamiltonoperator für ein molekulares System aufstellen und die Born-Oppenheimer Näherung darauf anwenden um die Bewegung von Elektronen und Kernen zu entkoppeln.
- den Grundzustand eines Vielelektronensystems mit einer Slater-Determinante beschreiben.
- moderne Elektron-Struktur-Rechnungen beschreiben
- die quasiklassische Näherung auf molekulare Übergänge anwenden und den Landau-Zener Ausdruck für die Rate störungstheoretisch ableiten
- den Ratenausdruck für molekulare Übergänge in ein Kontinuum von Endzuständen ableiten und auf optische Übergänge anwenden
- die optischen Spektren großer Moleküle im Rahmen der Elektron-Schwingungs Wechselwirkung interpretieren
Grundlagen der Quantenmechanik aus dem Physik-Bachelorstudiengang
Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise
Kurse für das Wintersemester 2024/5
Kursname | Veranstaltungsform | Termine | Stunden pro Woche |
---|---|---|---|
Quantenmechanik molekularer Systeme | Vorlesung | 2 h | |
Übung zu Quantenmechanik molekularer Systeme | Übung | Termine in Gruppen | 2 h |
Das Modul enthält eine Vorlesung und eine Übung.
In der Vorlesung werden die nötigen mathematische Methoden erläutert und die wichtigen Ergebnisse abgeleitet. Funktionale Zusammenhänge werden mit Hilfe von Graphiken und Beispielprogrammen veranschaulicht. Theoretische Ergebnisse und experimentelle Resultate aus der Literatur werden in Computerpräsentationen verglichen. Im Anschluss an die Vorlesung besteht Gelegenheit zur Diskussion
In der Übung werden werden die Ableitungen theoretischer Ergebnisse detailliert diskutiert und ihre Anwendung anhand ausgewählter Beispiele eingeübt, so dass die Studierenden das Gelernte nachvollziehen und selbständig anwenden können
Eine Reihe interaktiver Applets, die in der Vorlesung vorgestellt werden, können selbständig verwendet werden, um funktionale Zusammenhänge zu visualisieren und die Abhängigkeit theoretischer Ergebnisse von den wesentlichen Parametern zu veranschaulichen
Zusätzliche Skripten und Literaturverweise dienen zur weiteren Vertiefung
Tafelanschrieb, Beamer, Skript, Übungsaufgaben- und Beispiele, Java Programme, Extra Material
- P.O.J. Scherer & S.F. Fischer: Theoretical Molecular Biophysics, Springer-Verlag, (2017)
- H. Haken & H. Wolf: Molekülphysik und Quantenchemie, Springer-Verlag, (2006)
- F. Schwabl: Quantenmechanik, Springer-Verlag, (2007)
- Vorlesungsskript
Modulprüfung
Es findet eine mündliche Prüfung von 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.
Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:
- Beschreiben Sie das Pi-Elektron-System von Molekülen mit konjugierten Doppelbindungen im Modell freier Elektronen
- Formulieren Sie den Hamiltonoperator eines harmonischen Oszillators mit Leiteroperatoren und lösen Sie die zeitunabhängige Schrödingergleichung
- Beschreiben Sie anharmonische Effekte mit Hilfe der Störungstheorie
- Geben Sie lokalisierte Wellenpakete an, die die zeitabhängige Schrödingergleichung für freie Teilchen und Teilchen in einem harmonischen Potential lösen
- Formulieren Sie den Hamiltonoperator für ein molekulares System und wenden Sie die Born-Oppenheimer Näherung an
- Beschreiben Sie die Grundzustandswellenfunktion eines Viel-Elektronensystems
- Beschreiben Sie moderne Methoden zur Elektronenstrukturrechnung
- wenden Sie die semiklassische Näherung auf molekulare Übergänge an und leiten Sie den Landau Zener Ausdruck störungstheoretisch her
- Leiten Sie den Ratenausdruck für molekulare Übergänge in ein Kontunuum ab und wenden Sie ihn auf optische Übergänge an
- Interpretieren Sie optische Spektren größerer Moleküle auf der Basis der Elektronen-Schwingungs Kopplung
Änderung der Modulbeschreibung
Modulverantwortliche können bei Modulen, die durch das Professional Profile Physik verwaltet werden, Änderungen an der Beschreibung selbständig in den Digital School Services vornehmen.
Für andere Module wenden Sie sich bitte an das zuständige School Office