Physikalische Vertiefung: Physik von Festkörper Nanosystemen
Praktikum zur Festkörperspektroskopie
Prüfungsordnung WS 2020/21 und WS 2022/23
Das Praktikum zur Festkörperspektroskopie (1,5 + 3 LP) ist ein Pflichtbestandteil des Moduls Physikalische Vertiefung: Physik von Festkörper-Nanosystemen (zur Modulbeschreibung siehe hier). In mehreren experimentellen Arbeitsgruppen des Physikalischen Instituts werden verschieden Versuche zum Thema Festkörperspektroskopie durchgeführt. Aktuell beteiligt sind die drei Arbeitsgruppen Bratschitsch, Donath und Wurstbauer. Insgesamt beträgt die Präsenzzeit 45 h, d.h. in jeder Arbeitsgruppe werden 15 h lang (ca. 2 Tage) Versuche durchgeführt.
Prüfungsordnung WS 2016/17
Die experimentellen Übungen zur Festkörperspektroskopie (4 LP) sind ein Pflichtbestandteil des Moduls Physik dimensionsreduzierter Festkörper
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Inhalt |
jeweils 2 Tage Versuche in den AGs Bratschitsch, Wurstbauer und Donath |
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Anmeldung |
Verbindliche Anmeldung in den ersten 4 Vorlesungswochen des Semesters durch Einschreiben in dem Learnweb-Kurs oder per email: Bitte hier klicken! |
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Termin |
Die Versuche werden in den Semesterferien durchgeführt. Voraussichtlicher Termin im WS22/23 ist von 6.2.23 bis 24.2.23 |
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Leistungsnachweis und Note |
Nach erfolgreicher Abschluss des Praktikums wird die Teilnahme im QISPOS eingetragen. Normalerweise wird bei diesem Praktikum nur die Teilnahme bescheinigt und keine Note vergeben. Sollte jedoch eine Note benötigt werden (z.B. für ERASMUS-Student*innen oder zum Einbringen des Praktikums in die Physikalischen Wahlstudien), ist es unbedingt notwendig, dies vor Beginn des Praktikums anzumelden! Die Betreuer bewerten dann die Vorbereitung, Durchführung und das Protokoll. Aus den Teilleistungen wird dann eine Gesamtnote gebildet. |
Versuche (veraltet, bitte schauen sie ins Learnweb!)
Mikro-Photolumineszenzspektroskopie an atomar dünnen Halbleitern
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.
LEED – Beugung langsamer Elektronen (Low Energy Electron Diffraction)
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
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.