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Grundlagen der Oberflächen- und Nanowissenschaften
Fundamentals of Surface and Nanoscale Science

Modul PH2071

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2018/9 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2018/9WS 2017/8WS 2010/1

Basisdaten

PH2071 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2071 ist Johannes Barth.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Surface Structure Analysis in Reciprocal Space (2D-Crystallography) and in Real Space (STM, Microscopy); Local View of Reconstructions & Defects Elemental Surface Analysis by Ion Scattering and Electron Spectroscopy (incl. Excursion to IPP) Electron Spectroscopy for Electronic Structure (UPS, ARPES, IPE, NEXAFS, STS) incl. Work Function and TB Model for Bandstructure Vibrational Properties & Excitations Basic Surface Reactions: Adsorption / Desorption : Binding & Release of Atoms & Molecules at Surfaces; Surface Diffusion; Surface Chemical Reactions & Heterogeneous Catalysis Self-Assembly at Surfaces; Biological Molecules Nanostructures; Thin Film Epitaxy; Self-Organized Growth Magnetism at Interfaces; Spintronics; Nanomagnetism; Molecular Magnets Nanofabrication: Supramolecular Architecture & Unconventional Approaches; Atomic/Molecular Manipulation and Quantum Confinement Nanoelectronics and Organic Electronics

Lernergebnisse

After the module students have acquired basic knowledge of surface science concepts and techniques, including 2D-crystallography, elemental and chemical analysis at surfaces, electronic, vibrational and magnetic properties of surfaces, adsorbate bond formation, surface dynamical processes like diffusion, adsorption and desorption, and surface chemical reactions in heterogenous catalysis. Students have learned which kinds of nanoscale objects and nanostructured surfaces exist. Their properties are discussed and the underlying fabrication schemes, including top-down and bottom-up approaches. Special emphasis will be put on self-assembly & self-organized growth processes. Examples for applications of nano-objects in chemistry (catalysis) and electronics/spintronics will conclude this module.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

The lectures are thematically structured and a detailed script is given at the beginning of each lecture. Each lecture commences with a clear outline of the learning objectives. Concepts are linked to prior knowledge acquired both in the general course of study and within the topics covered in this module. The beamer is used for the lecture presentation, while important concepts are illustrated and highlighted on the blackboard. 

The exercise classes provide a deeper understanding through examples and case studies from the scientific literature. They are further a setting for stimulating scientific discussions and where the students are encouraged to present and put into context their learning outcome. Laboratory visits guided by experts enhance the insight in the current applications of surface and nanoscale science. 

Question sheets provide the means of self-evaluation. Handouts and course announcements are also communicated via the Moodle platform. 

Medienformen

Class room beamer presentation, blackboard work, lecture notes, question sheets, lab visits, supplementary literature.

Literatur

  • K. Oura, V.G. Lifshits, A.A. Saranin, A.V. Zotov, M. Katayama "Surface Science", Springer, Berlin 2003; ISBN 3-540-00545-5; department library. (Comprehensive introduction to surface science; very good overview. Provides the base for the 'surface' part of the course.)
  • A. Zangwill "Physics at surfaces", Cambridge University Press 1988; Library of E20 and: B.18.K 117.– (Very good introductory textbook.)
  • H. Ibach "Physics of Surfaces and Interfaces", Springer, Berlin 2006. (Surface and interface phenomenal including electrochemistry; particularly recommendable chapters on surface vibrations, transport and growth processes, magnetism; experimental and theoretical aspects well balanced.)
  • H. Lüth "Surfaces and Interfaces of Solid Materials", Springer, Berlin 2001, Library of E20 and: B.18.K 151 (Introductory book on surface science with emphasis on semiconductors; very useful panels on experimental techniques.)
  • A. Groß "Theoretical Surface Science: A Microscopic Perspective", Springer, Berlin 2003 ISBN: 3-540-43903-X; library of E20 and department library. (Excellent overview on elementary surface processes and on theoretical concepts to deal with them; very recommendable also for experimentalists.)
  • F. Bechstedt "Principles of Surface Physics", Springer 2003, ISBN: 3-540-00635-4, B.18.K.80.2004 A 1 (Excellent overview on elementary surface processes and on theoretical concepts to deal with them; very recommendable also for experimentalists.)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Describe chemisorption: the energy potential, the bond strength, the bond characteristics and give an example.
  • How are surface reconstructions and overlayer structures described?
  • Draw the energy diagram for a possible electron (de-)excitation within an atom.
  • Draw the Ewald sphere for a 3D crystal and a 2D crystal. What are the conditions for diffraction?

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

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