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Analyse von neuartigen funktionellen Materialien mit Synchrotronstrahlung: Techniken und Anwendungen
Advanced Materials Analysis with Synchrotron Radiation: Techniques and Applications

Modul PH2134

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 SS 2017 (aktuell)

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

verfügbare Modulversionen
SS 2017SS 2013WS 2011/2

Basisdaten

PH2134 ist ein Semestermodul in Englisch 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 45 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2134 ist Francesco Allegretti.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Diese Vorlesung gibt einen umfassenden Überblick über die derzeit modernsten experimentellen Photon-basierten Methoden zur Untersuchung funktionaler Systeme in den Materialwissenschaften, der Festkörperphysik, den Nanowissenschaften und der Physikalischen Chemie.

Photonen erlauben uns auf vielfältige Art und Weise die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Festkörpern zu untersuchen und auf atomarer Ebene zu verstehen. Die Vorlesung gibt einen umfassenden Überblick über eine Vielzahl von experimentellen Methoden, welche - insbesondere - auf der Anwendung von Synchrotron-Strahlung beruhen. Hierbei werden die physikalischen Grundlagen, die experimentellen Herangehensweisen und der entsprechende Versuchsaufbau eingehend erklärt. Darüber hinaus werden die Stärken, die Anwendungsmöglichkeiten und die Bedeutung der Methoden in den verschiedenen Sparten der experimentellen Physik an aktuellen Beispielen erläutert und diskutiert.

Die Vorlesung beinhaltet folgende Themengebiete:

  •    Wechselwirkung von Photonen mit Materie

  •    Grundlagen der Synchrotron Strahlung

  •    Aufbau einer "beam line" am Synchrotron

  •    Experimentelle Methoden der Röntgenstreuung und -beugung

  •    Röntgenabsorptionsspektroskopie und "soft X-ray magnetic dichroism"

  •    Hochauflösende Photoelektronenspektroskopie

  •    Photoelektronenbeugung und "X-ray standing waves"

  •    Photoemissionselektronenmikroskopie

  •    Spinpolarisierte Methoden

  •    Zeitaufgelöste Spektroskopie

Wie die vielfältigen Anwendungsbeispiele zeigen werden, wird Synchrotron-Strahlung fachgebietsübergreifend (interdisziplinär) eingesetzt in den Bereichen: Kondensierte Materie, Materialwissenschaften, Physikalische Chemie, Oberflächen- und Nanowissenschaften, Katalyse, Biophysik.

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

1.      die physikalischen Grundlagen der Synchrotron-Strahlung, die technischen Aspekte ihrer Erzeugung und ihre experimentelle Anwendung zu verstehen und erklären.

2.      die physikalischen Grundlagen, die Anwendungsmöglichkeiten und den Informationsgehalt - sei dieser z. B. struktureller, elektronischer und/oder magnetischer Natur - einer Vielzahl von unterschiedlichen Synchrotron-basierten Methoden zu verstehen und einzuschätzen.

3.     die physikalischen Phänomene in den untersuchten Systemen, welche untrennbar mit der Quanten-Natur der Elektronen, deren komplexen Wechselwirkungen und deren Dynamik verbunden sind, zu begreifen. 

Viele der behandelten experimentellen Methoden gewinnen sowohl in der akademischen als auch in der industriellen Forschung zunehmend an Bedeutung. Das erlangte Wissen und die fächerübergreifende Bedeutung der behandelten experimentellen Methoden soll den experimentellen Horizont des Studenten erweitern und kann sich für die spätere berufliche oder akademische Laufbahn als nützlich erweisen.

Voraussetzungen

Keine zwingend nötigen Voraussetzungen. Grundlagen der Quantenmechanik und der Festkörperphysik können jedoch vorteilhaft sein.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lerninhalte präsentiert, dabei werden insbesondere mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die universellen Konzepte der Physik aufgezeigt. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert.

In der Übung werden anhand von Problembeispielen und Rechenaufgaben die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Methoden:

  • Vorlesung: Vortrag, Beamerpräsentation, Tafelarbeit.
  • Übungsstunden mit Tafelanschrieb, Diskussion, Seminaren und Aufgaben, um die aktive Teilnahme der Studierenden anzuregen.
  • Frageliste für Selbstevaluierung.
  • Laborbesuch (TUM).
  • Besuch bei einer Europäischen Synchrotron-Forschungseinrichtung möglich (am Ende des Sommersemesters).

Vorlesungsunterlagen sowie Aufgaben und Lösungen werden online zur Verfügung gestellt (Moodle).

Medienformen

Frontale Wissensvermittlung, Vorlesungsfolien, Übungsblätter. Laborbesuche. Durchführung von Multiple-Choice-Tests in Moodle.

Literatur

Empfohlene Fachbücher:

1.  Philip Willmott: An Introduction to Synchrotron Radiation - Techniques and Applications (2011, Wiley)

2.  J. Als-Nielsen and D. McMorrow: Elements of Modern X-ray Physics (2010, Wiley).

Ergänzende Literatur: Reviews in wissenschaftlichen Zeitschriften.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 30 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:

  • Welche sind die grundlegende Komponenten eines Synchrotrons?
  • Wie funktioniert ein Undulator?
  • Beschreiben Sie die physikalischen Grundlagen der Photoelektronenspektroskopie.

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.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus Eine vorgerechnete Übungsaufgabe und Abhalten eines 25 minütigen Seminars über ausgesuchte Themengebiete.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Analyse von neuartigen funktionellen Materialien mit Synchrotronstrahlung: Techniken und Anwendungen
Mo, 4.2.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor So, 24.03.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before Sun, 2019-03-24. bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 3.2.2019)
Di, 26.3.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin von Mo, 25.03.2019 bis Sa, 27.04.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date from Mon, 25.03.2019 till Sat, 27.04.2019. bis 25.3.2019
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