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 2013 (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 2013WS 2011/2

Basisdaten

PH2134 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Sommersemester 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 40 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2134 ist Johannes Barth.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Photonen erlauben uns auf vielfältige Art und Weise die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Festkörpern zu untersuchen und auf atomarer Ebene zu verstehen. Diese 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

Die 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.

Nach Teilnahme an der Vorlesung ist der Student in der Lage:

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

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, einzuschätzen und wiederzugeben.

3.     die physikalischen Phänomene in den untersuchten Systemen, welche untrennbar mit der Quanten-Natur der Elektronen, deren komplexer 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

Vortrag, Beamerpräsentation, Tafelarbeit.

Diskussion. Übungen und Frageliste.

Laborbesuch (TUM).

Besuch bei einer Europäischen Synchrotron-Forschungseinrichtung möglich (Ende Juni /Anfang Juli).

Medienformen

Frontale Wissensvermittlung, Vorlesungsfolien, Übungsblätter, Laborbesuch, ergänzende Literatur.

Literatur

Empfohlene Fachbücher (auf Englisch):

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).

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 60 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.