Verbesserung der physikalischen Praktika aus Studienbeiträgen

Der nach Durchführung der Maßnahmen des ersten und zweiten Blocks verbleibende Anteil an Studienbeiträgen soll zur Verbesserung der physikalischen Praktika verwendet werden. Eine Kommission aus wissenschaftlichem Personal und studentischen Vertretern entwickelt ein fachliches Konzept darüber, welche Anträge zur Einrichtung neuer Praktikumsversuche oder zur Verbesserung bestehender Versuche förderungswürdig sind. Die Praktikumskommission besteht zur Zeit aus Prof. Martin Stutzmann und Prof. Reiner Krücken für das F-Praktikum, Prof. Peter Böni für das Elektronik-Praktikum Dr. Karl Dressler für die physikalische Sammlung und Dr. Martin Saß für das A-Praktikum sowie studentischen Vertretern, die von der Fachschaft entsandt werden. Bei Uneinigkeit besitzen die studentischen Vertreter ein Vetorecht und die Möglichkeit, die Entscheidung in die paritätisch besetzte Studienbeitragskommission zurück zu verweisen.

Aktuelle Projekte

Modernisierung des E-Praktikums (Analogteil) (ca. 40 k€)

Analogelektronik hat sich in den letzten Jahrzehnten nicht merklich verändert und ihre Grundlagen gehören in fast unveränderter Form zum Grundwissen der Experimentalphysik. In diesem Teil wird daher auf einen bewährten Kurs zurückgegriffen, die eigentliche Ausrüstung für den praktischen Teil bedarf allerdings großteils einer Neuausstattung.

Bei der neuen Konzeption sollen die Gruppen jeweils einen eigenen Ausrüstungssatz gestellt bekommen, inklusive Breadboard und Werkzeug, den sie im Praktikumsraum in einer eigenen Kiste lagern. Die Kästen werden dann von den Betreuern am Anfang des Praktikumstages ausgegeben und später wieder eingeschlossen. Dadurch können einerseits Projekte auch über den Praktikumstag hinaus aufgebaut bleiben, andererseits hilft die Zuordnung des Werkzeugs zu den einzelnen Gruppen eine vollständige und intakte Ausrüstung zu erhalten. Allgemeine Ausrüstung (Kabel etc.) verbleibt am Experimentplatz und kann an allen drei Terminen benutzt werden.

neuer F-Praktikum-Versuch "Mikromechanische Cantilever-Magnetometrie" (19.678,49 €)

Bereits im Rahmen des ersten Konzepts wurden durch die Studienbeitragskommission Mittel für diese Maßnahme bereitgestellt. Der Versuch wird derzeit am Lehrstuhl E10 aufgebaut. Leider steht dem Lehrstuhl durch unglückliche Umstände kein Reinraum zur Verfügung, um die Proben herzustellen, weshalb sich das Angebot des Versuchs im Rahmen des F-Praktikums bis nach dem WS2009/10 verzögert.

Demo-Sammlung (40 k€)

neue Versuch im A-Praktikum (36 k€)

Der Vorschlag beinhaltet drei neue Versuche "Laser-Doppler-Anemometrie (LDA)", "Magnetismus" (als Ersatz für den nicht mehr zeitgemäßen Hysterese-Versuch) und "Millikan-Versuch" (als Ergänzung zum e/m-Versuch).

Verbesserung am F-Praktikumsversuch "Electron Spectroscopy of Surfaces" (5,5 k€)

Der Versuch "Electron Spectroscopy of Surfaces" soll mit einer einfachen Probenschleuse ausgestattet werden. Diese zusätzliche Vorrichtung wird es ermöglichen, während eines Versuchstermins verschiedene Proben zu untersuchen, was dieses beliebte Experiment noch attraktiver und vielseitiger machen wird. Insbesondere werden die Studenten die Möglichkeit haben, selbst mitgebrachte Proben in eine Ultrahochvakuum-Apparatur einzuschleusen und deren Oberflächenzusammensetzung elementspezifisch zu bestimmen. Dabei werden sie eine Standardsoftware zur Auswertung von Elektronenspektren anwenden. Sie lernen durch diese Erweiterung, Photo- und Auger-Elektronen-Spektren vieler unterschiedlicher Proben vergleichend zu analysieren und quantitativ auszuwerten. Insbesondere werden die Studenten dabei auch im praktischen Umgang mit Ultrahochvakuum-Komponenten geschult.

neuer F-Praktikumsversuch "Laue-Kamera" (20 k€)

Die Symmetrie des Kristallgitters von Festkörpern hat direkte Konsequenzen auf ihre physikalischen Eigenschaften wie das Nichtvorhandensein von Piezoelektrizität, Ferroelektrizität oder Doppelbrechung bei bestimmten Kristallklassen. Das Laueverfahren demonstriert anschaulich das Vorhandensein bestimmter Symmetrieelemente der 32 Kristallklassen bzw. 12 Laueklassen. Es ist ein wichtiges Mittel, um Kristalle hinsichtlich ihrer kristallographischen Hauptachsen zu orientieren. Die Anlage besteht aus einem Vieldrahtflächendetektor für Röntgenstrahlung und einer motorisierten Vorrichtung zum Orientieren des Kristalls im Röntgenstrahl. Die Beugungsbilder unter Drehung des Kristalls sind direkt am Bildschirm in Echtzeit sichtbar. Mit der neuen Anlage können die Studenten direkt die Abbildung von Einkristallen in den reziproken Raum verfolgen und damit die Grundlagen zur Strukturanalyse life erleben. Die Anschaffung der Kamera wird von den Lehrstühlen E13, E15, E21, den Instituten WMI, FRM II, WSI und dem MPI Stuttgart mitfinanziert. Die Laue-Kamera soll im Kristalllabor während 1-2 Tagen pro Woche als Versuch für das Fortgeschrittenenpraktikum zur Verfügung stehen.

neuer F-Praktikumsversuch "Oberflächenplasmonen an M-I-Grenzschicht" (5 k€)

Oberflächenplasmonen sind eine kollektive Oszillation der Elektronen an der Grenzschicht zwischen einem Metall und einem Dielektrikum. Oberflächenplasmonen sind ein seit langem bekanntes und theoretisch gut verstandenes Phänomen. Sie folgen aus der klassischen Theorie der Elektrodynamik, d. h. aus den Maxwellschen Gleichungen. Trotzdem sind Plasmonen auch in der aktuellen Forschung ein vieldiskutiertes Thema. Zum Beispiel werden Oberflächenplasmonen als mög liche Schnittstelle zwischen optischen Komponenten und Nanoelektronik gehandelt. Desweiteren finden sie auf dem Gebiet der Einzelmolekülspektroskopie im Rahmen der Oberflächen verstärkten Ramanspektroskopie (SERS) breite Anwendung. Daher kann ein Student im Fortgeschrittenen-Praktikum "Oberflächenplasmonen an einer Metall-Isolator-Grenzschicht" sowohl die Grundlagen der klassischen Physik vertiefen, als auch einen Einblick in ein forschungsrelevantes Themengebiet gewinnen.

neuer F-Praktikumsversuch "Positronen-Emissions-Tomographie (30 k€)

Im Praktikumsversuch "PET" soll an einem Modell-Tomographen das grundsätzliche Prinzip der Koinzidenzmessung und die Funktionsweise eines Positronen-Tomographen bis hin zum Erstellen eines Bildes demonstriert werden.

Als Detektoren werden LSO-Kristalle und Lawinenphotodioden zum Einsatz kommen, die Teil einer Prototyp-Entwicklung für einen hochauflösenden Tier-Positronentomographen waren. Während des Praktikumsversuchs wird das Detektorsystem von den Studenten schrittweise in Betrieb genommen. Dies beginnt mit der Charakterisierung der Verstärkung der Lawinenphotodioden in Abhängigkeit von der Bias-Hochspannung. Ist eine geeignete Betriebsspannung für die Dioden gefunden, kann durch die Auswertung der einzelnen Energiespektren eine Energiekalibration der Detektoren durchgeführt werden, die später erlaubt Compton-gestreute Photonen in der Bildrekonstruktion zu unterdrücken oder gesondert zu berücksichtigen. Durch Variationen in der Ausleseelektronik und unterschiedlichen Kabellängen wird eine erste Bildrekonstruktion noch kein optimales Ergebnis liefern, da ein breites Koinzidenzfenster verwendet werden muss. In einem weiteren Schritt muss daher eine Zeitkalibration der einzelnen Detektorkanäle durchgeführt werden, indem entsprechende Korrektur-Offsetwerte aus den Koinzidenz-Zeitspektren der Detektorkanäle bestimmt werden. Weiterhin erfordert die unterschiedliche Sensitivität der einzelnen Kanäle noch Normierungsschritte um die Bildqualität zu verbessern.

Vorschläge für zukünftige Projekte

Mit Vorschlägen, wie die Praktika am Physik-Department durch Studienbeiträge verbessert werden können, wenden Sie sich an den Referenten des Studiendekans.

Zur Zeit liegen folgende Vorschläge vor und werden von der Praktikumskommission geprüft.

Teleskop zur Verwendung unter Anderem im F-Praktikum (40 k€)

Gemeinsam mit den Max-Planck-Instituten für extraterrestrische Physik und für Astrophysik soll ein stationäres, optisches Teleskop angeschafft und installiert werden. Ein solches Gerät bietet vielfältige Möglichkeiten nicht nur im Bereich der Forschung (im Rahmen von Bachelor- und Masterarbeiten) sondern auch für die Ausbildung im Rahmen des F-Praktikums.

neuer F-Praktikumsversuch "Rastertunnelmikroskopie" (32 k€)

Fertig gestellte Projekte

Bereits im Rahmen des ersten Konzepts wurden durch die Studienbeitragskommission Mittel für mehrere Maßnahmen zur Verbesserung der Praktika bereitgestellt. Für die folgenden, fertig gestellten Projekte läuft derzeit die Evaluation durch die Studierendenvertreter aus der Praktikumskommission.

Innovationen für die Verbesserung der physikalischen Sammlung (69.659,42 €)

Die wichtigen Grundvorlesungen in Experimentalphysik konnten durch moderne und aktuelle Demonstrationsexperimente mit zeitgemäßer Medientechnik ergänzt werden.

Die Anschaffungen wurden von den Studierendenvertretern aus der Praktikumskommission in Augenschein genommen und die durch die Maßnahme erreichte Verbesserung der Lehre mit "gut" bewertet.

neue Versuche für das A-Praktikum (29.764,23 €)

Durch die Erweiterung, Modernisierung und Umstrukturierung des Anfängerpraktikums wurde erreicht, dass dieser wichtige praktische Teil der Ausbildung zum Einen auf dem Stand der Technik bleibt und sich außerdem besser an die parallel stattfindenden Vorlesungen anpasst.

Die Anschaffungen wurden von den Studierendenvertretern aus der Praktikumskommission in Augenschein genommen und die durch die Maßnahme erreichte Verbesserung der Lehre mit "sehr gut" bewertet.

Modernisierung im Elektronik-Praktikum (Digitalteil) (20.031,43 €)

In der Digitalelektronik war die Weiterentwicklung der letzten Jahre enorm, so dass eine Überarbeitung unbedingt notwendig war, um eine zeitgemäße Ausbildung sicherstellen zu können. Die im letzten Jahr erworbenen FPGA-Experimentierplatinen und Computer erlauben es, dieses Jahr den digitalen Teil des Praktikums erstmals in völlig überarbeiteter Form und mit selbst erarbeiteter Literatur anzubieten.

Verbesserung am F-Praktikum-Versuch "Optische Absorption" (5.825,91 €)

Vor dieser Maßnahme war es auf Grund des altmodischen Gitterspektrometers erforderlich in langwieriger Kleinarbeit ohne nennenswerten Lerneffekt das Spektrum aufzunehmen. Durch das neu angeschaffte, moderne Spektrometer mit digitaler Auslese zum Mess-PC, kann sich der Versuch stärker auf die handwerklich wichtigen und lehrreichen Tätigkeiten im Zusammenhang mit dem Aufstellen, Justieren und Fokussieren der Linsen konzentrieren.

Die Anschaffungen wurden von den Studierendenvertretern aus der Praktikumskommission in Augenschein genommen und die durch die Maßnahme erreichte Verbesserung der Lehre mit "gut" bewertet.

neuer F-Praktikum-Versuch "Brennstoffzelle" (1.324,58 €)

Durch die Maßnahme konnte insbesondere die nicht mehr zeitgemäße Hardware auf aktuellen Stand der Technik gebracht werden.

neuer F-Praktikum-Versuch "Optical Tweezer" (13.141,87 €)

In dem Versuch geht es darum, die Studenten mit dem Prinzip und der Funktionsweise einer optischen Pinzette vertraut zu machen sowie selbst Messungen an einem biologischen System durchzuführen. Mit Hilfe optischer Pinzetten ist es möglich, mikroskopische Objekte berührungsfrei zu manipulieren und Kräfte auszuüben dies wird in einem optische Aufbau durch einen fokussierten Laser realisiert.

Der neue Versuch wurde durch die Studierendenvertreter aus der Praktikumskommission besichtigt und die durch die Maßnahme erreichte Verbesserung der Lehre mit "befriedigend" eingeschätzt. Diese Einschätzung wurde damit begründet, dass der Versuch vollständig aus Studienbeiträgen finanziert wurde und zur Zeit nur Biophysikern und Biochemikern zur Verfügung steht.

Die Praktikumskommission wird zukünftig die Vollfinanzierung von Versuchen aus Studienbeiträgen vermeiden. Der Lehrstuhl sucht bereits einen Betreuer, um den Versuch auch im regulären Fortgeschrittenenpraktikum anbieten zu können.

neuer F-Praktikum-Versuch "Capacitive properties of a gold/electrolyte interface" (20.559,07 €)

Bei dem Praktikumsversuch handelt es sich im Wesentlichen um die Anwendung der Impedanzspektroskopie zur Bestimmung der Kapazität einer Gold-Elektrolyt-Grenzfläche bei verschiedenen angelegten Spannungen.