Surface Spectroscopy and Microscopy

Das Modul umfasst weiterführende Konzepte der experimentellen und theoretischen Spektroskopie und ermöglicht einen Gesamtüberblick über moderne spektroskopische Verfahren und Analysemethoden. Insbesondere werden Methoden zur Beschreibung und Untersuchung von Molekülen, Oberflächen und Festkörpern behandelt. Dabei werden eingehend Auswerteverfahren und die entsprechenden Anwendungen der einzelnen Spektroskopiearten diskutiert.
Der Inhalt des Moduls umfasst: Oberflächenanalytik, Instrumentierung, kristallographische Beschreibung von Oberflächen, Oberflächenreaktionen, Vakuumerzeugung sowie -messung, Wechselwirkung von Licht, Ionen, Neutralteilchen und Elektronen mit Materie und deren Oberflächensensitivität, quantitative Beschreibung mikroskopischer Prozesse an Oberflächen: Adsorption, Desoprtion, Diffusion und Reaktion. Oberflächentechniken, die auf einem der folgenden Effekte aufbauen: Streuung, Photoemission oder Diffraktion. Charakterisierung von Oberflächen im realen und reziproken Raum, Festkörperbandstruktur, Kombination spektroskopischer Techniken mit mikroskopischen Verfahren.

Nach der erfolgreichen Teilnahme an diesem Modul kennen die Studierenden die grundlegenden Konzepte der Spektroskopie und Methoden zur Erzeugung und Charakterisierung von Oberflächen und Vorgängen an diesen. Die Studierenden sind in der Lage, dieses Wissen anzuwenden, um aktuelle Fragestellungen auf dem Gebiet der Oberflächenanalytik, Surface Science und heterogenen Katalyse zu verstehen und experimentelle Untersuchungen dazu kritisch zu bewerten. Schließlich haben die Studierenden eigene Vorstellungen entwickeln und sind in der Lage, experimentelle Verfahren vorzuschlagen, mit denen erfolgreich modernen Fragestellungen nachgegangen werden kann. Die Lernergebnisse umfassen vorwiegend die Grenzfläche von Festkörper und Gasphase. Die Studierenden sind nach erfolgreicher Teilnahme am Modul in der Lage, für spezielle Probleme der Chemie und Analytik geeignete spektroskopische Lösungen zu finden, entsprechende spektroskopische und mikroskopische Aufbauten selbständig zu konzipieren und Messergebnisse kritisch zu beurteilen.

Grundkenntnisse der Quantenmechanik, Spektroskopie und Statistischen Thermodynamik. Grundbegriffe des Aufbaus von Atomen und Molekülen. Kinetische Gastheorie.

Das Modul besteht aus einer Vorlesung mit begleitenden Übungen. Der Lehrstoff wird jeweils in der Vorlesung vermittelt, an die sich Übungen anschließen, um die Studierenden aktiv einzubinden und sie in die Lage versetzen, selbstständig die Größenordnung von Effekten an Oberflächen quantitativ abzuschätzen und die Ergebnisse spektroskopischer Untersuchungen bewerten zu können. Die Studierenden werden weiterhin mit aktuellen Fragestellungen und Experimenten aus der Literatur konfrontiert, die anschließend diskutiert werden sollen. In Rahmen der Vorlesung werden zu bestimmten Themen Skripte und Übungsaufgaben verteilt. Diese sind als Hausaufgaben oder als Gruppenarbeiten gemeinsam zu lösen. Die Ergebnisse werden von den Studierenden dargestellt und diskutiert und sollen dazu dienen, selbständig Kompetenz zu erwerben, das Gelernte anzuwenden, zu analysieren, die erzielten und in der Literatur beschrieben Ergebnisse zu evaluieren und aus dem Erlernten eigene Konzepte zu entwickeln. In den Übungen werden die Studierenden zum gründlichem Studium der Literatur und der weiterführenden inhaltlichen Auseinandersetzung mit den Themen angeregt.

Semesterapparat, Skriptum, Folien, Tafelarbeit, elektronische Präsentation, Publikationen.

- G. Ertl, J. Küppers, Low Energy Electrons and Surface Chemistry, VCH, ISBN 3-527-26056-0
- H. Lüth, Surfaces and Interfaces of solid Materials, Springer, ISBN 3-540-58576-1
- A. Zangwill, Physics at Surfaces, Cambridge, ISBN 0-521-34752-1
- M. Henzler, W. Göpel, Oberflächenphysik des Festkörpers, Teubner, ISBN 3-519-13047-5
- D. Briggs, M.P. Seah, Practical Surface Analysis Vol. 1, Wiley, ISBN 0-471-95340-7
- S. Huefner, Photoelectron Spectroscopy, Springer, ISBN 3-540-41802-4
- K.W. Kolasinski, Surface Science, Wiley, ISBN 978-0-470-03304-3
- R.I. Masel, Princiles of Adsorption and Reaction on Solid Surfaces, Wiley, ISBN 978-0-471-30392-3

Die Prüfungsleistung wird in Form einer 90-minütigen, schriftlichen Prüfung (Klausur) erbracht. Als einziges Hilfsmittel ist jeweils ein nicht programmierbarer Taschenrechner erlaubt. Die schriftliche Prüfung ist derart konzipiert, dass der Nachweis erbracht werden kann, ob die Studierenden in begrenzter Zeit und ohne weitere Hilfsmittel ein Problem erkennen und Wege zu einer Lösung finden können. Die gewählte Prüfungsform gewährleistet, dass in diesem Format die Anwendung der Lernergebnisse und das erworbene Transferwissen eingehend geprüft werden können. Die Prüfungsfragen erstrecken sich über den gesamten Modulstoff. Dabei wird eruiert, in wieweit die Studierenden Kompetenzen in der Evaluierung spektroskopischer Methoden, der jeweiligen Funktionsweise und Anwendung erlangt haben. Die gewählte Prüfunfgsform gewähleistet, dass das Verständnis und die Analysefähigkeit technischer Komponenten überprüft wird. Im gewählten Prüfungsformat wird die Bandbreite und Tiefe des erworbenen Wissens adressiert, wodurch Antworten teils eigene Formulierungen -, teils die Lösung von Rechenaufgaben sowie das Erstellen qualitativer Vergleiche erfordern.