WICHTIGE INFORMATIONEN

Physikalische Vertiefung: Physik dimensionsreduzierter Festkörper

Experimentelle Übungen zur Festkörperspektroskopie

 Die experimentellen Übungen zur Festkörperspektroskopie (4 LP) sind ein Pflichtbestandteil des Moduls Physik dimensionsreduzierter Festkörper (zur Modulbeschreibung siehe hier). In den Arbeitsgruppen Kohl, Donath und Bratschitsch werden jeweils 1,5 Tage (d.h. insgesamt 4,5 Tage) Versuche zum Thema Festkörperspektroskopie durchgeführt.

Inhalt

jeweils 1,5 Tage Versuche in den AGs BratschitschKohl und Donath

Anmeldung

per email in den ersten 4 Vorlesungswochen des Semesters. Bitte hier klicken!

Teilnehmerkarte

Nach der Anmeldung bitte die Teilnehmerkarte bei Dr. Steffen Michaelis, Raum 206, abholen und nach Durchführung der experimentellen Übungen vom jeweiligen Betreuuer unterschreiben lassen. Nach Abschluss des Praktikums bitte wieder bei Dr. Steffen Michaelis abgeben.

Ansprechpartner

AG Bratschitsch: Dr. Steffen Michaelis, Raum 206, michaelis@uni-muenster.de
AG Kohl: Stephan Mayert, Raum 319, s.majert@uni-muenster.de
AG Donath: Dr. Anke Schmidt, Raum 421, anke.schmidt@uni-muenster.de

Termin

Nach Vereinbarung, Terminvergabe erfolgt nach dem first come, first serve - Prinzip.
In der Regel werden die Versuche in den Semesterferien durchgeführt.

Experimenteller Schwerpunkt

Experimentelle Übungen im Forschungsbereich

Die experimentellen Übungen im Forschungsbereich sind ein Wahlbestandteil des Moduls Physik dimensionsreduzierter Festkörper. Alternativ zu diesen experimentellen Übungen (und einer vertiefenden Veranstaltung aus dem Bereich der modernen experimentellen Festkörperphysik) kann eine vertiefende Lehrveranstaltung zur Festkörpertheorie mit Übungen gewählt werden.

Falls Sie sich für die experimentelle Ausrichtung des Moduls entschieden haben, empfehlen wir die experimentellen Übungen im Forschungsbereich mit den experimentellen Übungen zur Festkörperspektroskopie (siehe oben) zu kombinieren, und in jeder AG drei Tage in der vorlesungsfreien Zeit zu forschen. Die Versuche zur Festkörperspektroskopie werden dann innerhalb dieser neun Tage durchgeführt.

Inhalt

jeweils 3 Tage Forschung in den AGs BratschitschKohl und Donath (inkl. der Experimentelle Übungen zur Festkörperspektroskopie)

Anmeldung

per email in den ersten 4 Vorlesungswochen des Semesters. Bitte hier klicken!

Teilnehmerkarte

Nach der Anmeldung bitte die Teilnehmerkarte bei Dr. Steffen Michaelis, Raum 206, abholen und nach Durchführung der experimentellen Übungen vom jeweiligen Betreuuer unterschreiben lassen. Nach Abschluss des Praktikums bitte wieder bei Dr. Steffen Michaelis abgeben.

Ansprechpartner

AG Bratschitsch: Dr. Steffen Michaelis, Raum 206, michaelis@uni-muenster.de
AG Kohl: Stephan Mayert, Raum 319, s.majert@uni-muenster.de
AG Donath: Dr. Anke Schmidt, Raum 421, anke.schmidt@uni-muenster.de

Termin

Nach Vereinbarung, Terminvergabe erfolgt nach dem first come, first serve - Prinzip.
In der Regel werden die Versuche in den Semesterferien durchgeführt.

Versuche

Versuche in der AG Bratschitsch

Mikro-Photolumineszenzspektroskopie an atomar dünnen Halbleitern

Pl
© AG Bratschitsch

Photolumineszenzspektroskopie ist eine der wichtigsten Methoden der Festkörperphysik um die optischen Eigenschaften eines Materials zu untersuchen. Dabei wird das Material mit Licht (typischerweise einem Laser) in einen angeregten Zustand gebracht, der daraufhin durch spontane Emission unter Aussendung von Licht wieder in den Grundzustand zurückrelaxiert. In der AG Bratschitsch wird u.a. diese Methode dazu verwendet um zum Beispiel die Eigenschaften von atomar dünnen Übergangsdichalkogenide (MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 und WSe2) und zu untersuchen. 

Der Versuch gliedert sich in zwei Teile. Im ersten Teil präparien Sie zunächst eine Probe eines atomar dünnen Halbleitern auf einem Substrat. Dabei verwenden Sie die von den Nobelpreisträgern A. Geim und K. Novoselov entwickelte "Scotch-Tabe"-Methode um das Ausgangsmaterial, z.B. WSe2 auf eine einzelne Monolage auszudünnen. Anschließend wird die Monolage auf ein Substrat transferiert.

Im zweiten Teil untersuchen Sie dann die zuvor hergestellte Probe in einem selbstgebauten Konfokalmikroskop. In einem Reflexionsscan können zunächst die übertragenen Mono- und Multilagen mit hoher Auflösung identifiziert werden und dann mittels Photolumineszenzspektroskopie (PL) genau untersucht werden.

Nachweis von Einzelphotonenemittern

Einzelphotonenquellen sind ein wichtiges Bauelement für die Quanteninformation. In diesem Versuch werden Sie mit einem Hanbury Brown und Twiss Versuchsaufbau Einzelphotonenquellen in hexagonalem Bor-Nitrit (hBN) nachweisen.

Detaillierte Unterlagen zur Vorbereitung zu diesen beiden Versuchen erhalten sie per Email rechtzeitig vor dem Versuchstermin.

Versuche in der AG Donath

LEED – Beugung langsamer Elektronen (Low Energy Electron Diffraction)

© AG Donath

 Die atomare Struktur von Oberflächen spielt eine wichtige Rolle bei Katalyse und Korrosion, bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen wie Dioden, Sensoren, Speichermedien und vielem mehr. Die Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED) ist die gebräuchlichste Methode um Oberflächen zu untersuchen. Da niederenergetische Elektronen schon nach wenigen atomaren Lagen vom Festkörper absorbiert werden, kann LEED nur in Reflexionsgeometrie durchgeführt werden und liefert Informationen über die langreichweitige Ordnung der obersten Atomlagen.

Die Grundlage für die Beugung von Elektronen an Kristalloberflächen ist die Wellennatur der Elektronen. So haben Elektronen zwischen 50 und 500 eV kinetischer Energie eine de Broglie-Wellenlänge von etwa 0.1 bis 0.3 nm, was im Bereich typischer atomarer Abstände im Festkörper liegt und liefern leicht zu beobachtende Interferenzmuster. In einem typischen LEED-Experiment werden diese Interferenzmaxima mit Hilfe eines hemisphärischen Fluoreszenzschirms detektiert. Aus der Lage der Maxima (LEED-Bild) und der Elektronenenergie wird dann die Struktur der untersuchten Oberfläche bestimmt.

Detaillierte Unterlagen zur Vorbereitung zu diesen beiden Versuchen erhalten sie per Email rechtzeitig vor dem Versuchstermin.

MOKE – Magneto-optischer Kerr-Effekt

© AG Donath

 Nanometer-dünne magnetische Schichten sind wichtige technologische Materialien, die zum Beispiel als Sensoren oder Speichermedien eingesetzt werden. MOKE ist besonders geeignet, um solche Materialien zu untersuchen. Der magneto-optische Kerr-Effekt beschreibt die Änderung der Lichtpolarisation (z.B. Drehung der Polarisationsebene um den Kerr-Winkel) bei Reflexion an einem magnetisierten Material. Makroskopisch wird der Effekt durch die Nicht-Diagonalelemente des dielektrischen Tensors beschrieben. Mikroskopisch kann man den Effekt durch unterschiedliche Absorptionseigenschaften für links- und rechts-zirkular Photonen in magnetisierten Materialien verstehen. Da der Kerr-Winkel proportional zur Magnetisierung des Materials ist, können mit Hilfe von MOKE Hysterese-Kurven (Magnetisierung als Funktion eines externen Magnetfelds) in unterschiedlichen Geometrien aufgenommen werden, was Inhalt dieses Versuchs ist.

Detaillierte Unterlagen zur Vorbereitung zu diesen beiden Versuchen erhalten sie per Email rechtzeitig vor dem Versuchstermin.

Versuche in der AG Kohl

Energiedispersive Röntgenspektroskopie am Rasterelektronenmikroskop

EDX am SEM
© AG Kohl

Im Rasterelektronenmikroskop wird ein Elektronenstrahl kleinen Durchmessers über eine zu untersuchende Probe gefahren. Die Wechselwirkung zwischen Strahlelektronen und Probe führt unter anderem zur Emission sogenannter Sekundärelektronen, die sich zur Erstellung eines stark vergrößerten Bildes der Probenoberfläche nutzen lassen.

Der Elektronenstrahl sorgt außerdem für eine Anregung der Probenatome, in deren Folge es zur Emission elementspezifischer Röntgenstrahlung kommt. Mit Hilfe eines energieauflösenden Röntgendetektors lässt sich, durch Messung dieser Strahlung, die Zusammensetzung der Probe bestimmen. Dieses Verfahren wird als "energiedispersive Röntgenspektroskopie" bezeichnet.
Im Versuch werden Sie zunächst Gelegenheit bekommen, sich in die Bedienung eines Rasterelektronenmikroskops einzuarbeiten. Hierzu stehen Ihnen eine Reihe vorgefertigter Proben zur Verfügung. Anschließend wird mit Hilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie die Elementzusammensetzung einer Referenzprobe quantifiziert. Zum Abschluss des Versuchs erstellen Sie ein Elementverteilungsbild einer unbekannten Probe.

TEM

Im Transmissionselektronenmikroskop wird ein Elektronenstrahl...

Detaillierte Unterlagen zur Vorbereitung zu diesen beiden Versuchen erhalten sie auf den Webseiten der AG Kohl