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Elementare Prozesse in molekularen Systemen
Elementary Processes in Molecular Systems

Modul PH2187

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 2018 (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 2018SS 2017WS 2013/4

Basisdaten

PH2187 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 Biophysik

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 PH2187 ist Philipp Scherer.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Arten von elementaren Prozessen in molekularen Systemen

Anwendung von Fermi's Golden Rule auf molekulare Übergänge

Formulierung der Übergangsrate   mit Korrelationsfunktionen

Dephasierung und Linienform


Reorganisation und Elektron-Schwingungs-Kopplung

Intramolekulare Übergänge:
strahlende (Absorption, Fluoreszenz)
strahlungslose (Interne Konversion, Intersystem Crossing)

Kohärente elektronische Anregungen
( Molekülaggregate, Polymere)

Energietransfer
(Förster-Transfer und Dexter-Mechanismus,  Einfluss von Unordnung, Linienverschmälerung)


Elektrontransfer
(Marcus' Theorie, Reorganisationsenergie und Aktivierungsenergie, Self Trapping, Superexchange und Ladungstransfer in DNA)

Protontransfer

(Doppelte Born-Oppenheimer Näherung, Adiabatisah und nichtadiabatisch, stark gebundene Protonen)

Lernergebnisse

Nach der  erfolgreichen Teilnahme können die Studenten elementare Prozesse in molekularen Systemen auf quantenmechanischer Basis beschreiben.

Sie können unterschiedliche elementare Prozesse benennen und in einem Jablonski-Diagramm veranschaulichen

Sie können die Reorganisation der molekularen Struktur bei einem elektronischen Übergang mit dem Modell verschobener harmonischer Oszillatoren beschreiben

Sie können die Goldene Regel auf molekulare Übergänge anwenden und die Übergangsrate mt dem Formalismus der Korrelationsfunktionen beschreiben

Sie können den Einfluss von statistischen Schwankungen der Zustandsenergien auf die Rate formulieren und den Zusammenhang mit der Linienform erläutern

Sie können elementare Modelle für  Energietransfer, Elektrontransfer und Protontransfer beschreiben und auf molekulare Systeme anwenden

Sie können optische Spektren molekularer Dimere und längerer Aggregate interpretieren und deren exzitonische Struktur analysieren

Sie können den Einfluss von Unordnung beschreiben und das Auftreten besonders schmaler Absorptionsbanden erklären

Sie können das Förster'sche Modell für Energietransfer beschreiben und die Abhängigkeit von Abstand und spektralem Überlapp erklären

Sie können den Zusammenhang zwischen Aktivierungsenergie und Reorganisationsenergie ableiten und damit die Abhängigkeit der Transferrate von der freiene Reaktionsenthalpie nach Marcus angeben.

Sie können den Superexchange Mechanismus erklären und auf Ladungstransferprozesse in DNA anwenden

Sie können die Abstandsabhängigkeit von superexchange und diffusivem Transfer vergleichen

Sie können die doppelte Born-Oppenheimer Näherung auf molekulare Systeme anwenden und die Quantenzustände charakterisieren.

Sie können die Rate für nichtadiabatischen Protontransfer in Analogie zum Elektrontransfer formulieren und die Besonderheiten im Fall fest gebundenere Protonen benennen

Voraussetzungen

Grundlagen der Quantenmechanik

Die Vorlesung "Quantenmechanik molekularer Systeme" ist ergänzend aber keine Voraussetzung

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung werden die Lerninhalte präsentiert. Es werden nötige mathematische Methoden erläutert und die wichtigen Ergebnisse abgeleitet. Funktionale Zusammenhänge werden mit Hilfe von Graphiken und Beispielprogrammen veranschaulicht.  Theoretische Ergebnisse und experimentelle Resultate aus der Literatur werden in Computerpräsentationen verglichen. Im Anschluss an die Vorlesung besteht Gelegenheit zur Diskussion

In der Übung werden die Lerninhalte anhand von Aufgaben vertieft.   Dabei werden  die Ableitungen theoretischer Ergebnisse detailliert diskutiert und ihre Anwendung anhand ausgewählter Beispiele eingeübt, so dass die Studierenden das Gelernte nachvollziehen und  selbständig anwenden können

Eine Reihe interaktiver Applets, die  in der Vorlesung vorgestellt werden,  können  selbständig verwendet werden, um funktionale Zusammenhänge zu visualisieren und die Abhängigkeit theoretischer Ergebnisse von den wesentlichen Parametern zu veranschaulichen

Zusätzliche Skripten und Literaturverweise dienen zur weiteren Vertiefung

Medienformen

Tafelanschrieb und Beamer Präsentation

Java Programme und extra material  online

Skript online

Übungsaufgaben mit Lösungen online

Literatur

Skript

Scherer, Fischer, Theoretical molecular physics

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:

  • Erklären Sie elementare intramolekularen Prozesse mit Hilfe eines Jablonski-Diagramms
  • Wenden Sie die doppelte Born-Oppenheimer Näherung an und erklären Sie die Besonderheiten beim Transfer fest gebundener Protonen
  • Wenden Sie das Model des verschobenen harmonischen Oszillators auf einen optischen Übergang an
  • Diskutieren Sie die Bedeutung der Reorganisationsenergie beim Elektrontransfer
  • Beschreiben Sie das Absorptionsspektrum eines molekularen Dimers
  • Erklären Sie das Förster'sche Modell für intermolekularen Energietransfer und beschreiben Sie die wesentlichen Parameter
  • Beschreiben Sie den Zusammenhang von Reorganisationsenergie und Aktivierungsenergie und diskutieren Sie den Ratenasudruck nach Marcus

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 Elementare Prozesse in molekularen Systemen
Di, 25.9.2018 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin zwischen 25.9.2018 und 20.10.2018. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date between 2018-09-25 and 2018-10-20. bis 24.9.2018
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