Strukturaufklärung, Bauprinzipien und Synthese kristalliner Materialien in zwei und drei Dimensionen
Structure Determination, Building Principles, and Synthesis of Crystalline Materials in Two and Three Dimensions

Modul PH2191

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.

Basisdaten

PH2191 ist ein Semestermodul in Deutsch oder 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 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 PH2191 ist Markus Lackinger.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Viele Materialien in Natur und Technik sind kristallin, d.h. ihr Aufbau ist auf atomarer Skala periodisch. Für ein mikroskopisches Verständnis physikalischer Eigenschaften bzw. als Grundlage für Simulationen ist die Kenntnis der Struktur essenziell. Ziel des Moduls ist die Vermittlung der Grundlagen für die Strukturaufklärung mittels Beugungsexperimenten, d.h. der Bestimmung der Elementarzelle und den Positionen der darin enthaltenen Atome. Nachdem dabei vorteilhaft Symmetrien ausgenutzt werden, wird ein Überblick über vorkommende Symmetrien, deren Kombination und Kopplung, sowie ihre systematische Einteilung in Punkt- bzw. Raumgruppen gegeben. Des Weiteren werden wichtige Verfahren zur Züchtung anorganischer Kristalle und zur Synthese neuartiger kristalliner organischer Materialen wie Metal-Organic-Frameworks und Covalent-Organic-Frameworks exemplarisch vorgestellt. Als Besonderheit wird mit Bezug zu Nanomaterialen abschließend auf die Synthese und Strukturaufklärung zweidimensionaler Materialien eingegangen.

Lernergebnisse

Die erfolgreiche Teilnahme vermittelt das Grundwissen für die Strukturaufklärung kristalliner Materialien mittels Beugung (Laue Gleichungen, Bragg Gleichung, reziproker Raum, Auslöschungsregeln, Ewaldkonstruktion, Lösungsstrategien für das Phasenproblem). Man versteht die Wirkung von einzelnen, kombinierten und gekoppelten Symmetrieelementen und kann Strukturen anhand ihrer Symmetrien in Raumgruppen einteilen. Die Vorlesung bietet einen Einblick in die experimentelle Umsetzung mittels Pulver- und Einkristall-Diffraktometrie. Die wesentlichen Unterschiede zwischen Röntgen- und Elektronenbeugung sowie zwischen Beugung an zwei- und dreidimensionalen Kristallen werden verdeutlicht. Man erhält einen Überblick über die wichtigsten Verfahren zur Kristallzüchtung und zur Synthese neuartiger kristalliner organische Materialien.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Strukturaufklärung, Bauprinzipien und Synthese kristalliner Materialien in zwei und drei Dimensionen Lackinger, M. Mittwoch, 12:00–14:00
sowie einzelne oder verschobene Termine

Lern- und Lehrmethoden

Vortrag, Beamer-Präsentation, Tafelarbeit

Medienformen

Übungsblätter; in der Vorlesung verwendete Folien

Literatur

1) Werner Massa: Kristallstrukturbestimmung,  Vieweg + Teubner 2011;
2) Walter Borchardt-Ott und Heidrun Sowa: Kristallographie: Eine Einführung für Naturwissenschaftler, Springer 2013

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.