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.

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 2014

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 und ihrer Anisotropie 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 Kristall-Züchtung 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

Das Modul vermittelt:

1) Basiswissen der Kristallographie in 2D und 3D:

-Gitter und kompatible Symmetrien
-Identifizierung und Anwendung einfacher und gekoppelter Symmetrieoperationen
-Bestimmung der Punktsymmetriegruppe von Objekten
-Bestimmung der Raumgruppe von periodischen Strukturen

2) Grundlagen der Strukturaufklärung mittels Beugung:

-Laue Gleichungen
- reziproken Gitter: Berechnung und Bedeutung
-Strukturfaktoren: Berechnung und Bedeutung
-Auslöschungsregeln bei Zentrierungen, Schraubenachsen, Gleitspiegelebenen
-Bragg Gleichung und Auswertung von Pulverdiffraktogrammen
-Ewald-Konstruktion in 2D und 3D
-prinzipielle Lösungsstrategien für das Phasenproblem
-Unterschiede Röntgen- und Elektronenbeugung

3) Überblick über Kristallzüchtung:

-Elementarprozesse (Nukleation und Wachstum)
-Überblick über die wichtigsten Verfahren

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und 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

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, Symmetriebestimmungen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Bestimmung der 2D Raumgruppe einer periodischen Struktur
  • Bestimmung des Strukturfakotrs für eine gegebene Einheitszelle
  • Ermittlung der Koordination bei Abbildung des Punktes (x,y,z) durch gegebene Symmetrieelemente (z.B. Gleitspiegelebene, Schraubenachse)
  • Interpreation eines gegebenen Pulverdiffraktorgramms
  • Erklärung was Laue Klassen sind

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 Synthese und Strukturaufklärung kristalliner Materialien in zwei und drei Dimensionen
Mo, 24.7.2017 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor 3.9.2017. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before 2017-09-03. bis 30.6.2017 (Abmeldung bis 23.7.2017)
Mo, 4.9.2017 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin zwischen 4.9.2017 und 21.10.2017. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date between 2017-09-04 and 2017-10-21. bis 3.9.2017

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.