Quantentheorie
Quantum Theory

Die Vorlesung beginnt mit einer kurzen Darstellung der fundamentalen Rolle der Quantentheorie in der modernen Physik. Stichworte sind: Quantentheorie des Lichts, Quantentheorie der Materie, Quantenstatistik, Makroquantenphaenomene. Die Schrödinger-Gleichung fuer materielle Teilchen wird motiviert und ihre Konsequenzen an einfachen Beispielen diskutiert (Potentialtopf, Tunneleffekt, harmonischer Oszillator). Ihre Anwendung auf periodische Kristalle wird modellhaft dargestellt (Bloch-Theorem, Kroning-Penny-Modell) und die Bandstruktur der Festkörper physikalisch motiviert. Es wird gezeigt, welche Änderungen auf der Nanoskala aufgrund von Quanteneffekten zu erwarten sind. In der Quantentheorie des Lichts wird die Planck‘sche Strahlungsformel behandelt, sowie die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie anhand von einfachen Modellen diskutiert. Weitere Konsequenzen der Quantentheorie fuer die Eigenschaften von Licht werden nach Interesse der Studierenden diskutiert (Photonenstatistik, nicht-klassisches Licht, Verschränkung).

Die Studierenden sollten Kenntnis erlangen über die grundsätzliche Bedeutung der Quantentheorie für Struktur und Stabilität der Materie. Sie sollen die Schrödinger-Gl. kennen und ihre Lösungen für einfache eindimensionale Probleme ausarbeiten können. Sie sollen die quantenmechanischen Ursachen für die elektronische Bandstruktur verstehen, und die Bedeutung von Quanteneffekten für Nanostrukturen selbst beurteilen können. Ferner sollen sie Grundkenntnisse über die Quantennatur des Lichts erlangen.

Schwabl, F., Quantenmechanik, Bd. 1, Springer, Berlin & Heidelberg, 1988.
Gasiorowicz, S. , Quantenphysik, Oldenbourg, München, 1999.
Scherz, U., Quantenmechanik- eine Einführung mit Anwendungen auf Atome, Moleküle und Festkörper, Teubner, Stuttgart, 1999.
Haken, H., und Wolf, H.C., Atom- und Quantenphysik, Springer, Berlin & Heidelberg, 1983.

The course starts with a short resume of the fundamental role of quantum theory for modern physics. Keywords are: quantum theory of light and of matter, quantum statistics, macro-quantum phenomena. The Schroedinger equation for elementary particles will be introduced and its physical motivation will be given; its consequences will be worked out for simple examples (particle-in-a-box, tunneling, harmonic oscillator). We will demonstrate the application of quantum theory to periodic crystals (Bloch‘s theorem) and give a physical motivation for the band structure of solids. Its modification for nanostructures due to the laws of quantum mechanics will be a major focus of this course. The quantum theory of light will cover Planck‘s formula, and simple models for the interaction of light with matter. Selected futher topics will be discussed on demand (photon statistics, non-classical light, entanglement of photons).

The students should know about the fundamental role of quantum theory for the structure and stability of matter. They should be familiar with the Schroedinger equation and should be able to solve it for simple one-dimensional problems. They should be able to explain how the band structure of materials is related to quantum theory, and they should be able to assess and explain the role of quantum effects for nanostructures. They should know about basic aspects of the quantum theory of light.

Schwabl, F., Quantenmechanik, Bd. 1, Springer, Berlin & Heidelberg, 1988.
Gasiorowicz, S. , Quantenphysik, Oldenbourg, München, 1999.
Scherz, U., Quantenmechanik- eine Einführung mit Anwendungen auf Atome, Moleküle und Festkörper, Teubner, Stuttgart, 1999.
Haken, H., und Wolf, H.C., Atom- und Quantenphysik, Springer, Berlin & Heidelberg, 1983.