Time-dependent Spectroscopy

Wir verstehen eine chemische Reaktion, wenn wir ein Bild von den zeitlichen Abläufen von Bindungsbruch und Bindungsausbildung haben. Die natürliche Zeitskala für solche Veränderungen ist durch die Schwingungsperioden von Bindungen im Molekülverband gegeben. So weist zum Beispiel eine C=C Doppelbindung eine Schwingungsperiode von 20xE-15 Sekunden oder 20 Femtosekunden auf. Femtosekundenspektroskopie ist demnach die Methode der Wahl, um fundamentale chemische Prozesse in Echtzeit zu verfolgen. Dieses Modul arbeitet sich zur Femtosekundenspektroskopie vor und behandelt dabei folgende Themen und Methoden:
- Methoden im langesamen Zeitbereich von Milli- bis Microsekunden, wie z. B. die Blitzlichtphotolyse oder dem time-correlated single photon counting (TCSPC).
- Einblicke in die apparativen Grundlagen der zeitaufgelösten Spektroskopie werden durch (TUM-interne) Laborbesuche vertieft.
- Abriss der Theorie der nichtlinearen Optik Ziel ist es, die multiplen Signalbeiträge in der Femtosekundenspektroskopie zu verstehen und durch diagrammatische Methoden zu analysieren.
- Femtosekundenspektroskopie – Einführung und apparative Grundlagen.

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, experimentelle Methoden der zeitaufgelösten Spektroskopie im Zeitbereich von Milli- bis Femtosekunden zu klassifizieren. Die Studierenden können dieses Wissen anwenden, um wissenschaftliche Veröffentlichungen aus dem Fachgebiet im Selbststudium zu erfassen und zu diskutieren bzw. präsentierten. Die Studierenden verstehen die theoretischen Grundlagen der besprochenen spektroskopischen Methoden und sind in der Lage, multiple Beiträge zu nichtlinearen optischen Signalen zu erkennen und durch diagrammatische Methoden zu analysieren. Die Studierenden verstehen – teilweise aufgrund von Laborbesichtigungen – die apparativen Grundlagen ausgewählter zeitaufgelöster spektroskopischer Methoden. Die Studierenden sind des Weiteren in der Lage, die für eine analytische Problemstellung bestgeeignete zeitaufgelöst spektroskopische Methode zu identifizieren, die entsprechenden Experimente selbständig zu konzipieren und Messergebnisse kritisch zu diskutieren.

Grundkenntnisse in Quantenmechanik, Grundbegriffe des Aufbaus von Atomen und Molekülen, Kenntnis wichtiger spektroskopischer Methoden und Begriffe.

Die Lerninhalte werden in einer Vorlesung vermittelt, an die sich Übungen anschließen, um den Studierenden ein aktives Erarbeiten der Lernergebnisse zu ermöglichen. Die Studierenden werden aktuelle Beispiele aus der Literatur präsentieren, die es im Selbststudium zu erarbeiten gilt. Dies soll die Diskussion unter den Studierenden fördern sowie dem selbständigen Erwerb von Kompetenzen Vorschub leisten. Nach einer Einführungsphase im Frontalunterricht, gestützt auf elektronische Präsentation und Tafelanschrieb, werden Inhalte in der Gruppe erarbeitet und im Rahmen der Vorlesung präsentiert.

Tafelanschrieb, elektronische Präsentation, Publikationen

S. Mukamel „Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy” ISBN 978-0195132915, C. Rullière “Femtosecond Laser Pulses”, ISBN 0-387-01769-0

In einer Klausur (90 Minuten) wird überprüft, inwieweit die Studierenden die grundlegenden Konzepte der zeitaufgelösten Spektroskopie in Theorie und Experiment verstanden haben und komprimiert wiedergeben können. Die Studierenden sollen an einem konkreten Beispiel aus z. B. der chemischen Analytik oder zur Aufklärung eines chemischen Mechanismus zeigen, dass sie zeitaufgelöste Methoden verstanden haben und die jeweils zur Problemstellung passende Methode auswählen können.