08.128.720 Ausgewählte Kapitel der Festkörperphysik: Spin - from classical magnetism to quantum spintronics technology

Veranstaltungsdetails

Lehrende/r: Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides

Veranstaltungsart: Vorlesung/Übung

Anzeige im Stundenplan: Ausgew.Kapitel d.Fes

Semesterwochenstunden: 4

Credits: 6,0

Unterrichtssprache: Englisch

Min. | Max. Teilnehmerzahl: - | -

Voraussetzungen / Organisatorisches:
Spin - from classical magnetism to quantum spintronics technology

Die Vorlesung baut auf Wissen auf, dass im Rahmen des Bachelor Studiengangs erworben wurde. Zeit und Ort kann gegebenenfalls nach Absprache mit den Teilnehmern geändert werden.

Inhalt:

In dieser Vorlesung wird die Physik der Spins, angefangen vom klassischen Magnetismus über elektronischen Spintransport bis zur Quantentechnologie, behandelt. Die Vorlesung spannt einen Bogen von den Grundlagen bis hin zu aktuellen Anwendungen in der Mikroelektronik, Medizintechnik, Quantencomputing und Quantensimulation.

Die Vorlesung beginnt mit einer Einführung in den Magnetismus, kollektive Phänomene, das Stoner Wohlfarth-Modell, die Domänenstruktur und die Spindynamik. Fortgeschrittenere Themen sind Magnetowiderstandseffekte, spinabhängiger Transport und Spin-Kalorik, die in zum Beispiel in magnetischen Speichern, Logik oder für Energiegewinnung aus Abwärme („Energy Harvesting“ ihre Anwendung finden. Über den klassischen Magnetismus hinaus werden künstliche Quantenspins wie Quantenpunkte und supraleitende Quanten behandelt. Die Implementierung dieser Festkörper-Quanten-Schaltkreise in quantenkohärenten Systemen wie Quanten-Simulatoren, Quanten-Detektion bis hin zur Quanteninformationsverarbeitung wird innerhalb des Kurses besprochen.

Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Grundlagen der beiden Gebiete und diskutiert aktuelle Beispiele. Wöchentliche Übungen sollen das Verständnis vertiefen.

Bei Interesse können Exkursionen zu Firmen, die z.B. magnetische Sensoren entwickeln, angeboten werden.

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Depending on the preferences of the participants, the lecture course or parts of it can be given in English.

The lecture is based on the knowledge acquired during the bachelor's program. Time and place may be changed, if necessary, after consultation with the participants.

Content:

In this lecture, the physics of spins, ranging from classical magnetism over spin transport electronic to quantum technology are treated. The lecture covers the basics up to current applications in microelectronics, medical technology, quantum computing and quantum simulation.

The lecture starts with an introduction to magnetism, collective phenomena, the domain structure, spin dynamics and micromagnetic models for spin structures on the nanoscale. More advanced topics are magnetoresistance effects, spin-dependent transport and spin caloric, which are used, for example, in magnetic storage, logic or for energy production from waste heat ("energy harvesting"). Beyond the classical magnetism, artificial quantum spins such as spin dots and superconducting qubits are explained. The implementation of these solid state quantum circuits in quantum coherent devices ranging from quantum simulators, quantum sensing to quantum information processing covered within the course.

The lecture gives an introduction to the basics of the two areas and discusses current examples. Weekly exercises will deepen the understanding.

In case of interest, excursions to companies, e.g. on magnetic sensors, are offered.

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Literature

Kittel: Solid state physics

Bergmann Schäfer Bd. 6: Festkörperphysik, insb. Kap. 5

Stolze, Suter: Quantum Computing

Termine
Datum Von Bis Raum Lehrende/r
1 Di, 18. Apr. 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
2 Do, 20. Apr. 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
3 Di, 25. Apr. 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
4 Do, 27. Apr. 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
5 Di, 2. Mai 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
6 Do, 4. Mai 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
7 Di, 9. Mai 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
8 Do, 11. Mai 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
9 Di, 16. Mai 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
10 Do, 18. Mai 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
11 Di, 23. Mai 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
12 Di, 30. Mai 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
13 Do, 1. Jun. 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
14 Di, 6. Jun. 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
15 Do, 8. Jun. 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
16 Di, 13. Jun. 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
17 Di, 20. Jun. 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
18 Do, 22. Jun. 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
19 Di, 27. Jun. 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
20 Do, 29. Jun. 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
21 Di, 4. Jul. 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
22 Do, 6. Jul. 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
23 Di, 11. Jul. 2017 08:00 10:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
24 Do, 13. Jul. 2017 10:00 12:00 01 231 Seminarraum E Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui; Dr. Martin P. Weides
Veranstaltungseigene Prüfungen
Beschreibung Datum Lehrende/r Pflicht
1. Mündliche Prüfung k.Terminbuchung Nein
Übersicht der Kurstermine
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Lehrende/r
Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui
Dr. Martin Peter Weides