Anmeldung und Ablauf Räume und Assistenten Terminliste

Testatkarten und Scheine Versuche

Physikalisches Fortgeschrittenenpraktikum (für Physik Bachelor/Master und Lehramt) sowie

Methoden der Materialanalytik (für Materials Science and Engineering MSE)

Das FP ist Bestandteil der Studiengänge Physik Bachelor/Master, Materials Science and Engineering Bachelor und Physik Lehramt.

Alle aktuellen Ankündigungen über Anmeldung zum FP, Vorbesprechung sowie die Terminliste und Informationen über die Versuche und die betreuenden Assistenten finden Sie auf dieser Website.

Hinweise zum Elektronikpraktikum für Physik Bachelor: 

Raum: 124 Physik Nord (9:00 – 15:00)

https://www.uni-augsburg.de/de/fakultaet/mntf/physik/groups/exp1/lehre/elektronikpraktikum

Aktuelles (05.06.2024):

Die Anmeldung für das FP im WS2024/25 ist ab sofort möglich.

Die Anmeldung erfolgt elektronisch per Email an: matthias.schreck@physik.uni-augsburg.de

Die Email sollte exakt (!!) die folgende Form besitzen:

Im Betreff:         „Anmeldung zum FP im WS2024/25“

In der Email:     „Name“

                          „Vorname“

                          „Matrikelnummer“

                          „Email-Adresse“

                          „Telefonnummer“ (optional, für kurzfristige Mitteilungen der Versuchsbetreuer)

                          „PB“ oder „PM“ oder „LA“ oder „MaWi“ oder „MSE“ (für den Studiengang)

                          „Gruppenpartner / partnerin“ (optional und nur sinnvoll wenn bereits gegenseitig abgesprochen)

Weiterer Text in der Email ist nicht erforderlich.

Die Vorbesprechung (Regeln, Einteilung von 2er Gruppen) findet am 17.07.2024 um 17:30 im Hörsaal 1004 T statt.

Aktuelles (12.08.2024):

Die Versuchseinteilung ist erfolgt. Ab sofort können Versuchtermine verlegt und Versuche durchgeführt werden. 

Anmeldung:

Die Möglichkeit zur Anmeldung für das folgende Semester wird ab Mitte des vorhergehenden Semester auf dieser Seite (s.o.Aktuelles) angekündigt.

Das FP wird dezentral verwaltet, d.h. es ist keine zusätzliche Anmeldung im STUDIS durch die Studenten vorzunehmen!!

Vorbesprechung:

In der letzten Woche der Vorlesungszeit gibt es eine Vorbesprechung, bei der 2er-Gruppen gebildet werden.
(Termin und Ort werden auf dieser Seite bekannt gegeben)

Ablauf / Regeln:

• Innerhalb von 1 Semester sind bis zu 12 Versuche durchzuführen (abhängig vom Studiengang).
• Alle Versuche werden von der Praktikumsleitung zugeteilt. Bei Versuchen mit der Datumsangabe 00.00 ist der Termin für die Durchführung direkt mit dem Assistenten zu vereinbaren.
• Versuche mit konkreter Termineinteilung können nach Rücksprache mit dem jeweiligen Versuchsbetreuer verlegt werden (z.B. in die Semesterferien).
• Alle Versuchsanleitungen stehen in elektronischer Form zum Download zur Verfügung.
• Bewertung der Versuche: Je maximal 5 Punkte für Vorbereitung, Durchführung, Ausarbeitung, Abschlussbesprechung (gesamt max. 20)
• Mindestpunktzahl für das Bestehen eines Versuchs: 12
• Bei ungenügender Vorbereitung kann der Versuch nicht durchgeführt werden. Im Wiederholungsfall sind alle Versuche des laufenden Semesters zu wiederholen.
• Jede Gruppe fertigt ein gemeinsames Protokoll an (bei 3er Gruppen ist ein weiteres Protokoll ohne Auswertungsteil erforderlich). Dabei ist ein Textverarbeitungsprogramm zu verwenden. Ein Ausdruck ist beim Betreuer abzugeben. Gleichzeitig ist eine elektronische Version (FORMAT: pdf) einzureichen. Diese wird mit Hilfe einer Plagiatsoftware geprüft!!
• Bei Durchführung, Auswertung und dem Erstellen des Protokolls sind stets die Regeln der „Guten wissenschaftlichen Praxis“ einzuhalten.    Gute_wissenschaftliche_Praxis      Good_scientific_praxis
• Für die Ausarbeitung des Protokolls sind 2 Wochen vorgesehen (Semesterferien zählen dabei nicht). Bei verspäteter Abgabe kann der Assistent pro Woche einen Punkt abziehen.
• Nach 2 Monaten muss der Assistent die Ausarbeitung nicht mehr akzeptieren. Der Versuch gilt dann als nicht bestanden und es muss ein Alternativ-Versuch durchgeführt werden.
• Das Praktikum muss in den ersten 5 Wochen des nachfolgenden Semesters (Vorlesungszeit) abgeschlossen sein. Die STUDIS-Eintragung erfolgt in der 6. Vorlesungswoche. Ist bis zu diesem Zeitpunkt die Testatkarte nicht abgegeben worden so erfolgt der Eintrag erst ein Semester später!!!
   

Für Physik Bachelor: Die 12 Versuche gliedern sich in 7 Standard-FP-Versuche und ein Elektronikpraktikum (5 Tage am Stück in der 2. Woche der Semesterferien). Für Details zum Elektronikpraktikum siehe:

https://www.uni-augsburg.de/de/fakultaet/mntf/physik/groups/exp1/lehre/elektronikpraktikum

Hinweis zur Nutzung von Software für Auswertung und Kurvenfit: Studenten der Uni Augsburg haben hier die Möglichkeit die Origin-Software zu verwenden. Details zum Zugang zu dieser Software finden sich u.a. auf der Seite der Fachschaft Physik.

Ein kurze Einführung in das Programm mit der Beschreibung einfacher Kurvenfits findet sich unter  Origin-Tutorial (.pdf)

Termine zum Fortgeschrittenenpraktikum WS2024/25 (Stand 16.08.2024)

Zu FP2, 18, 30: schließen sich terminlich gegenseitig aus   

Zu FP2, 18, 30: Bitte vor dem Versuch für die Strahlenschutzunterweisung  Fabian.Hirschberger@physik.uni-augsburg.de, Wolfgang.Reiber@physik.uni-augsburg.de kontaktieren!!

Bei 00.00. bitte Termin selbst mit Betreuer vereinbaren.

Beginn:  alle Versuche beginnen um 9:00

Assi-Liste (12.08.2024)

(*) only English speaking

Abgabe der Testatkarten:

Am Lehrstuhl EPIV (Sekretariat Raum 477N oder
M. Schreck Raum 476N) 
  
STUDIS-Eintrag:

im SS:            ab Ende Mai
im WS:           ab Ende November

Notenschlüssel (Note - ab Punktzahl):

• MaWi (Bachelor 8 Versuche): 1,0 (153), 1,3 (147), 1,7 (140), 2,0 (133), 2,3 (127), 2,7 (120), 3,0 (113), 3,3 (107), 3,7 (100), 4,0 (93)
• Physik (Bachelor 12 Versuche): 1,0 (230), 1,3 (220), 1,7 (210), 2,0 (200), 2,3 (190), 2,7 (180), 3,0 (170), 3,3 (160), 3,7 (150), 4,0 (140)
• Physik (Master 6 Versuche):1,0 (115), 1,3 (110), 1,7 (105), 2,0 (100), 2,3 (95), 2,7 (90), 3,0 (85), 3,3 (80), 3,7 (75), 4,0 (70)
• LA (8 Versuche):  1,0 (153), 1,3 (147), 1,7 (140), 2,0 (133), 2,3 (127), 2,7 (120), 3,0 (113), 3,3 (107), 3,7 (100), 4,0 (93)

FP1: Ultraschall 
Dieser Versuch vermittelt einen elementaren Zugang zum Einsatz von Ultraschall in der Materialforschung. Neben der Vielzahl technischer Anwendungen in der Medizin, Nachrichtenelektronik, Werkstoffprüfung usw. dienen Ultraschallmessungen vor allem der Untersuchung wichtiger Stoffkenngrößen eines Festkörpers wie z.B. seiner Elastizität. Physikalisch erhält man damit auf sehr direktem Wege detaillierte Informationen über die Bindungseigenschaften sowie deren Abhängigkeit von der Kristallorientierung, Temperatur, dem Druck und den äußeren elektrischen/magnetischen Feldern. Im vorliegenden Experiment werden nun mit Hilfe einer einfachen Messanordnung temperaturabhängige Schallgeschwindigkeitsmessungen an zwei verschiedenen Materialien vorgenommen, wobei eines einen magnetischen Phasenübergang durchläuft. Hierbei wird die erstaunliche Erfahrung gemacht, daß dieser Phasenübergang – obwohl er nur von den Leitungselektronen vollzogen wird – die elastischen Eigenschaften des Metalls drastisch ändert.
Material zu FP01 (.pdf)

FP2: Energieverlust von Alphateilchen
Mit diesem Versuch erlernen die Studenten ein grundlegendes Verfahren aus dem Bereich der Nuklearen Festkörperphysik, mit dem Folien- bzw. Dünnfilmdichten und -dicken bestimmt werden können. Dies geschieht mit Hilfe des bekannten bzw. berechenbaren Energieverlusts, den ein Alphateilchen erleidet, wenn es mit hoher Energie in die Oberfläche eines Festkörpers eindringt. Darüberhinaus wird die Wechselwirkung schneller Alphateilchen mit einem gasförmigen Target untersucht.

Der theoretische Teil des Versuchs umfaßt eine Betrachtung der grundlegenden Modelle über den Kernaufbau der Materie, mit Hilfe derer der Alphazerfall verstanden werden kann. Darüberhinaus werden die verschiedenen Theorien (Bethe-Bloch-, LSS-, ZBL-Theorie) behandelt, mit denen der Energieverlust sowie die Energie- und Winkelstreuung von Ionen in Materie beschrieben werden können. Die Funktionsweise von Halbleiterdetektoren und eines Vielkanalanalysators werden theoretisch und praktisch erlernt. Zudem findet eine Einführung in den Umgang mit radioaktiven Präparaten statt..
Material zu FP02 (.pdf)
Material zu FP02_Strahlenschutz (.pdf)

FP3: Paramagnetismus und Suprafluidität
Bei 2,177 K geht flüssiges ⁴He von der normalfluiden in die suprafluide Phase über. Dies ist der sogenannte λ-Übergang. Ziel des Versuchs ist es, das Verhalten der Wärmekapazität c(T) von ⁴He im Bereich des λ-Übergangs zu vermessen. Hierzu wird eine paramagnetische Substanz als sekundäres Thermometer im Bereich von 1,5 K - 4,2 K gegen den Helium-Dampfdruck kalibriert. Danach kann die Kalibrierung zur Messung von c(T) verwendet werden. Der Versuch gibt einen Einblick in die experimentelle Tieftemperaturphysik. Dies beinhaltet die Erzeugung und Messung von tiefen Temperaturen sowie die Arbeit mit flüssigem Helium.

Material zu FP03 (.pdf)

FP4: Harmonische Messungen zur Quantifizierung von Anregungen in magnetischen Nanostrukturen (NEU)
Die Spintronik ist ein vielversprechendes Feld in der modernen Festkörperphysik, bei dem Spin und Ladung von Elektronen gleichzeitig für die Datenverarbeitung und -speicherung eingesetzt werden. Das Feld liefert demnach wichtige Grundlagenforschung für zukünftige Computertechnologie. Harmonische Messungen gehören hier zu den essenziellen Methoden zur Untersuchung der Effizienz der eingesetzten Ströme, der sogenannten Spin-Orbit-Torques. In diesem Versuch werden die Studierenden in das Konzept der harmonischen Messungen zur Quantifizierung von Spin-Orbit-Torques in magnetischen Materialien eingeführt. Die Studierenden lernen die grundlegenden Prinzipien hinter diesen Messungen kennen, und wie man diese Prinzipien auf reale Anwendungen beziehen und Materialparameter wie den Spin-Hall-Winkel extrahieren kann. Die Studierenden sammeln direkte Erfahrungen mit modernen Techniken zur Charakterisierung von Spin-Orbit-Effekten, einschließlich der Analyse und Interpretation von Daten. Am Ende des Kurses sollen die Studierenden in der Lage sein, ihre eigenen Experimente zu planen und durchzuführen und die erzielten Ergebnisse kritisch zu bewerten.

Material zu FP04 (.pdf)

FP5: Elektronenspinresonanz (ESR)
Elektronenspinresonanz (ESR) misst die Mikrowellenabsorption magnetischer Materialien in Abhängigkeit vom statischen Magnetfeld. Dabei werden vom transversalen magnetischen Mikrowellenfeld magnetische Dipolübergänge zwischen den Zeeman-Niveaux angeregt. Die charakteristischen Größen der Resonanzlinien wie Intensität (Spinsuszeptibilität), Resonanzfeld (gyromagnetischer Faktor) und Linienbreite (Spinrelaxation) geben Aufschluß über die lokalen elektronischen Eigenschaften des untersuchten Systems. Im Praktikum werden die Mikrowellen- und Lock-In-Technik erlernt und charakteristische Resonanzspektren an ausgewählten Materialien aufgenommen und interpretiert.
Material zu FP05 (.pdf)
Material zu FP05-Anhang (.pdf)

FP6: Fourier-Transformations-Holographie
Bildgebende Methoden gehören zu den mächtigsten Instrumenten in den Naturwissenschaften. Keine andere Messung ist für uns Menschen so leicht und intuitiv zu interpretieren wie ein Bild oder gar ein Video eines Prozesses. Technisch gesehen beleuchtet man in der Bildgebung ein Objekt mit einer homogenen Belechtungsfunktion und versucht anschließend, die Intensität und/oder die Phase der ausgehenden Welle zu rekonstruieren. Im Normalfall werden für diese Rekonstruktion der Ausgangswelle Linsen verwendet, was allerdings z.B. im Röntgenbereich, also für optische Abbildungen mit Nanometerauflösung, aufgrund fehlender Materialen nicht möglich ist. In diesem Versuch werden Sie lernen, wie man durch Ausnutzen von Kohärenz und Interferenz und durch eine geschickte Wahl der Beleuchtungsfunktion auch ohne optische Elemente eine Abbildung realisieren kann. Das Experiment bildet eins-zu-eins die aktuelle Forschung an Großforschungs-Röntgenquellen ab, wo sich über die Technik der linsenlosen kohärenten Abbildung Strukturen und Prozesse mit unerreichter örtlicher und zeitlicher Auflösung abbilden lassen.

Material_zu_FP06 (.pdf)

Goodman_Introduction_Fourier_Optics.pdf

FP7: Magneto-optischer Kerr-Effekt
Der schottische Physiker John Kerr entdeckte 1875, dass bei Anlegen eines elektrischen Feldes Doppelbrechung in flüssigen oder festen Dielektrika induziert wird. Dieses Phänomen trägt heute den Namen Kerr-Effekt. Bereits 1876 zeigte Kerr ebenfalls, dass sich die Polarisationsebene linear polarisierten Lichts bei Reflexion an einem magnetisierten Material um den sogenannten Kerr-Winkel dreht. Dieser magneto-optische Kerr-Effekt (MOKE) erlaubt es durch die optische Messung des Kerr-Winkels Rückschlüsse auf die Größe der Magnetisierung zu ziehen und ist Gegenstand dieses Versuchs.

Material zu FP07 (.pdf)

Material zu FP07_LockInDetection (.pdf)

FP8: Kernspinresonanz (NMR) (zur Zeit nicht verfügbar)
Atomkerne besitzen einen magnetischen Spin, der sich aus den Einzelspins der Nukleonen ergibt. In einem äußeren statischen Magnetfeld splittet das Energieniveau des Spins in mehrere Energiezustände auf. Durch Mikrowellenanregung kann ein Übergang zwischen diesen Energieniveaus herbeigeführt werden. Dieser Absorptionsprozess ist die Grundlage für die Kernresonanzspektroskopie und kann als NMR-Signal detektiert werden. Aus der Lage, der Feinstruktur, der Intensität und der Linienbreite dieses Signals können wertvolle Informationen über die elektronische und Bindungs-Struktur von Molekülen sowie deren Lebenszeit in speziellen Zusammensetzungen gezogen und quantifiziert werden. Da für die NMR-Spektroskopie keine Fernordnung nötig ist, stellt sie eine komplementäre Methode zu den diffraktometrischen Methoden für die Strukturuntersuchung dar.Im vorliegenden Versuch wird die Reaktionskinetik der Umesterung von Methylacetat zu Ethylacetat in Abhängigkeit der Katalysatorkonzentration untersucht.
Material zu FP08 (.pdf)

FP9: Magnetische und elektrische Transporteigenschaften des Hoch-Tc-Supraleiters YBa₂Cu₃O_(7-Δ) (zur Zeit nicht verfügbar)
Der 1987 von C.W. Chu et al. entdeckte Hochtemperatursupraleiter Y-Ba-Cu-O mit einer supraleitenden Übergangstemperatur von 92K wird in diesem Versuch hergestellt. Die supraleitenden Eigenschaften werden qualitativ (Meißner-Ochsenfeld-Effekt und einfrieren von magnetischen Flußschläuchen) und quantitativ (Bestimmung des supraleitenden Übergangs und des kritischen Stromes durch ac-Suszeptibilitäts- und elektrische Widerstandsmessungen im Temperaturbereich von 77K bis100K) untersucht und diskutiert.
Material zu FP09 (.pdf)

FP10: Quasioptische Spektroskopie
In diesem Versuch wird das quasioptische Meßverfahren des Submillimeterwellen-Spektrometers (0.1 - 1 THz) untersucht. Die dabei benutzte Wellenlänge l ~1 mm erlaubt die einfache Beobachtung sowohl von Interferenzeffekten als auch des Grenzfalls der geometrischen Optik. Es werden Experimente zur Messung von Transmission, Reflexion und Phasenverschiebung verschiedener Proben bei einer Frequenz von 140 GHz aufgebaut und durchgeführt. Im Rahmen des Versuchs sollen die elektromagnetische Eigenschaften dünner metallischer Filme und dielektrischer Proben bestimmt werden.
Material zu FP10 (.pdf)

FP11: Infrarotspektroskopie
In diesem Versuch wird die Absorption von gasförmigem HCl im Wellenlängenbereich von ca. 1.7 µm bis 2 µm untersucht. Die für alle Absorptionsmessungen notwendigen Elemente des Versuchsaufbaus ( Strahlungsquelle, Monochromator, Detektor) sollten diskutiert und verstanden werden. Das Absorptionsspektrum weist mehrere Absorptionsmaxima auf, die auf die Übergänge zwischen diskreten Rotations- und Schwingungszuständen zurückzuführen sind. Diese Zustände können quantenmechanisch verstanden werden. Durch die Auswertung der Daten können geometrische Größen des HCl Moleküls ( Kraftkonstante, Gleichgewichtsabstand etc.) berechnet werden. Der Versuch vermittelt zum einen exemplarisch die Grundlagen eines Absorptionsexperimentes. Zum anderen wird eine Anwendung der Quantenmechanik demonstriert. Material zu FP11 (.pdf)

FP12: Magnetische Ordnung und Lock-In-Verstärker  (zur Zeit nicht verfügbar)
Im Versuch FP12 "Magnetische Ordnung und Lock-In-Verstärker" werden der spezifische elektrische Widerstand und die AC-Suszeptibilität von Dysprosium mit Hilfe der AC-Lock-In-Technik im Temperaturbereich von 77K (4K) bis 300K untersucht. Der Versuch vermittelt auf phänomenologischer Basis die verschiedenen Erscheinungsformen des Magnetismus und geht ausführlich auf die beiden Meßmethoden ein. Zusätzlich wird die grundlegende Arbeitsweise des Lock-In-Verstärkers mit Hilfe der durchzuführenden Experimente erarbeitet.
Material zu FP12 (zip)

FP13: Langmuirsonden
Elektrostatische Sonden gehören zu den mit am häufigsten angewendeten Diagnostiken in der Plasmaphysik. Die sog. Langmuirsonde, eine der Hauptvertreter elektrostatischer Sonden, besteht dabei prinzipiell aus einer Elektrode, die in das Plasma eingebracht wird und einer Spannungsquelle. Durch Variation der Spannung, die zwischen Sondenelektrode und einer Referenzelektrode (meist die metallische Gefäßwand) angelegt wird, kann eine für das jeweilige Plasma charakteristische Strom-Spannungs-Kennlinie gemessen und daraus wichtige Kenngrößen des Plasmas (Elektronentemperatur, Elektronendichte, …) bestimmt werden. Eine Modifikation der Langmuirsonde stellt die Doppelsonde dar. Durch eine entsprechende Verschaltung kann so bei fehlender Referenzelektrode eine Doppelsonden-Kennlinie gemessen und ein Plasma untersucht werden. Anhand einer Glimmentladung werden in diesem Versuch Grundlagen der Plasmaphysik behandelt und für verschiedene Parameter die jeweiligen Plasmen sowohl mit einer Langmuir- als auch mit einer Doppelsonde charakterisiert. Material zu FP13 (.pdf)

FP14: Schallemissionsanalyse (zur Zeit nicht verfügbar)
Die Schallemissionsanalyse basiert auf der Detektion dynamischer Verschiebungen der Oberfläche eines Festkörpers, welche durch akustische Wellen (elastische Spannungswellen) hervorgerufen werden. Diese akustischen Wellen werden durch kurzzeitige, sehr kleine Positionsänderungen im Inneren des Materials erzeugt, die bei plötzlichen Spannungsänderungen im Werkstoff (z.B. durch Rissbildung) entstehen. Im ersten Teil des Versuches wird zunächst auf das Ausbreitungsverhalten von Lambwellen in anisotropen Werkstoffen eingegangen. Hierbei werden richtungsabhängige Dämpfung, Dispersion und Modenseparation untersucht. Im zweiten Teil werden diese Ergebnisse in der Anwendung zur Lokalisierung von Schallquellen im Material verwendet. Durch Verwendung eines Sensorfeldes werden Lokalisierungen von Hsu-Nielsen Quellen auf einer Platte und einem Tank aus Faserverbundwerkstoffen durchgeführt. Anschließend werden im dritten Teil des Versuches Proben aus Faserverbundwerkstoffen mechanisch belastet und die dabei entstehenden Schallemissionssignale aufgezeichnet.
Material zu FP14 (.pdf)

FP15: Deterministisches Chaos (zur Zeit nicht verfügbar)
Das Weltbild der klassischen Physik ist im Gegensatz zu dem der Quantenmechanik streng deterministisch. Nicht-lineare Systeme können jedoch auch im Rahmen der klassischen Physik irreguläres, 'chaotisches' Verhalten zeigen, sodaß keine langfristigen Vorhersagen möglich sind. Der Übergang vom periodischen oder asymptotischen Verhalten linearer Systeme zum chaotischen Verhalten nichtlinearer Systeme weist bei vielen, zum Teil völlig verschiedenen Systemen charakteristische Gemeinsamkeiten auf. Eine Möglichkeit für diesen Übergang, das sogenannte Feigenbaumszenario, soll in diesem Versuch am Beispiel eines nicht-linearen Schwingkreises (Schwingkreis mit Diode oder Transistor) qualitativ und teilweise auch quantitativ untersucht werden. Ferner soll der Umgang mit Oszilloskop und Funktionsgenerator geübt werden. Voraussetzungen: Grundlagen in klassischer Mechanik, Elektrizitätslehre bzw. Elektronik und Grundkenntnisse im Umgang mit dem Oszilloskop und dem Funktionsgenerator.
Material zu FP15 (.pdf)

FP 16: Quantisierte Leitfähigkeit in 1D-Drähten (zur Zeit nicht verfügbar)
Mit einem einfachen Versuchsaufbau ist es möglich bei Zimmertemperatur eine Quantisierung der Leitfähigkeit in quasi eindimensionalen Drähten zu erzeugen. Dadurch kann der nur aus Naturkonstanten bestehende und von Materialkonstanten unabhängige Leitwertsprung

gemessen werden. Ähnliche Ergebnisse können sonst nur mit aufwendigen Halbleiterstrukturen bei sehr tiefen Temperaturen erreicht werden.
Material zu FP16 (.pdf)
Material zu FP16-Anhang (.pdf)

FP17: Ramaneffekt
Beim Ramaneffekt handelt es sich um eine inelastische Streuung von Licht an Materie (hier: Moleküle einer Flüssigkeit). Aus den Frequenzverschiebungen des gestreuten Lichts erhält man die Schwingungsenergien sowie Information über die Symmetrien der Eigenschwingungen der Moleküle. Im Rahmen des Versuches werden die Grundlagen der klassischen und quantenmechanischen Beschreibung der Streuung von Licht an Materie vermittelt. Anhand eines praktischen Beispiels wird eine elementare Einführung in die Gruppentheorie gegeben und deren Nutzen für die Molekülphysik gezeigt. Bei der experimentellen Durchführung erlernt man den Umgang mit einem Ramanspektrometer, einer N2-gekühlten CCD-Kamera als extrem rauscharmem Vielkanaldetektor sowie einem HeNe-Laser als Anregungsquelle.

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FP18: Gammaspektroskopie
Im Praktikumsversuch Gammaspektroskopie wir für Gammastrahlerunterschiedlicher Energie der Einfluß von Photo-, Compton- und Paarbildungseffekt auf das Spektrum eines NaJ(Tl)-Szintillationszählers untersucht. Während der Versuchsdurchführung muß ein Spektrometer mit Szintillationszähler mit der dazugehörigen Meßelektronik (Hochspannungsversorgung, Verstärker, Vielkanalzähler) bedient werden (insbesondere Eichung des Spektrometers). Schwerpunkte des Versuchs sind:

• Untersuchung der Eigenschaften eines Szintillationszählers
• Aufnahme und Auswertung von Impulshöhenspektren
• Untersuchung des Absorptionsverhaltens von Gammastrahlung in Materie.

Material zu FP18 (.pdf)
Material zu FP18_Strahlenschutz (.pdf)

FP19: Dielektrische Materialeigenschaften
Der komplexe Widerstand und die dielektrische Permittivität verschiedener Materialien wird in Abhängigkeit von Anregungsfrequenz und Temperatur gemessen. Durch den computergesteuerten Einsatz einer selbstabgleichenden Meßbrücke und eines Impedanz-Analysators wird ein Frequenzbereich von 10Hz bis 1GHz (8 Dekaden) abgedeckt. Die typischen Phänomene in diesem Frequenzbereich umfassen den Ladungstransport durch Hüpfleitung (Ionenleiter, Halbleiter) und die dielektrische Relaxation in dipolaren Materialien (Ferroelektrika).
Material zu FP19 (.pdf)
Material zu FP19-Anhang (.pdf)

FP20: Rasterkraftmikroskopie
Die Rasterkraftmikroskopie hat in Forschung und Industrie weite Verbreitung gefunden, wenn es um die Abbildung von Oberflächen geht. Wird ein Rasterkraftmikroskop an Luft betrieben, so ist im Allgemeinen keine atomare Auflösung möglich, jedoch können auf der Nanometer- bis Mikrometerskala Topographiebilder einer Vielzahl von Oberflächen erstellt werden. Damit hat diese Methode ein breites Anwendungsspektrum im technischen Bereich. Im Versuch werden die physikalischen Grundlagen der Kraftmikroskopie erklärt. Im Zentrum stehen Experimente mit einem kommerziellen Kraftmikroskop. Sie haben die Möglichkeit, eine selbst mitgebrachte Probe zu untersuchen.

Material zu FP20 (.pdf)

FP21: Quanteninterferenzen
Interferenzen zwischen Wellen, zuerst studiert in der klassischen Optik und Akustik, sind nicht nur von grundlegendem wissenschaftlichen Interesse sondern haben inzwischen weit verbreitete Anwendungen (Abstandsmessungen, Holographie). In der Quantenmechanik, die auf der Wellennatur der Schrödinger Gleichung aufbaut, spielen Interferenzeffekte eine bedeutende Rolle. Ein experimentell einfach zugängliches System ist die Supraleitung, beschrieben durch eine makroskopische Wellenfunktion. Die dort auftretenden Quanteninterferenzeffekte können mit Hilfe des Josephson Effekt beobachtet werden.

Neben den theoretischen Grundlagen (Supraleitung, Josephson Effekt, SQUID) werden in dem Versuch Messungen zum Josephson Effekt durchgeführt und Ihre physikalische Interpretation diskutiert. Dazu werden von den Praktikanten mit einem Hoch-Tc Korngrenzen Kontakt und SQUID selbständig Messungen durchgeführt. Es soll ebenfalls gezeigt werden wie man solche Josephson Elemente herstellt und wo sie zum Einsatz kommen.

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FP22: Ultraschallmikroskopie
Die Untersuchung von Materialien mittels elastischer Wellen im Ultraschallbereich stellt eine bildgebende, zerstörungsfreien Methode zur volumetrischen Werkstoffuntersuchung dar. Anwendungsgebiete finden sich beispielsweise in der Medizin oder der Werkstoffprüfung, insbesondere bei der Prüfung von elektronischen Bauteilen und von Faserverbundwerkstoffen. Die akustischen Wellen dringen in das Material ein ohne es zu schädigen und wechselwirken mit inneren Grenzflächen. Der Kontrast wird größtenteils durch Änderungen der akustischen Impedanz des untersuchten Materials erzeugt. Risse, Ablösungen oder Hohlräume im Inneren des Festkörpers können auf diese Weise detektiert werden. In der Festkörperphysik wird Ultraschall meist zur Bestimmung der elastische Eigenschaften eingesetzt. Im folgenden Praktikumsversuch sollen die theoretischen Grundlagen und Anwendungsgebiete der Ultraschallmikroskopie in Reflexion, realisiert auf Basis der Puls-Echo-Technik, aufgezeigt werden.
Material zu FP22 (.pdf)

FP23: Simulation und Visualisierung von Biomolekülen (NEU)
In diesem Versuch lernen Sie, Molekulardynamik Simulationen durchzuführen und die Daten mithilfe einer Virtual-Reality-Brille zu visualisieren. Biomoleküle sind komplexe dreidimensionale Strukturen. Die virtuelle Realität ermöglicht es Ihnen, Biomoleküle räumlich genau zu erforschen und ein tieferes Verständnis der molekularen Dynamik zu gewinnen.

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 FP24: Einkristallstrukturbestimmung
Die Einkristalldiffraktion ist heutzutage eine der Routinemethoden zur Strukturbestimmung von kristallinen Festkörpersystemen, (metall)organischen und anorganischen Molekülen, Biopolymeren und Proteinen. Der Versuch soll neben den wichtigsten theoretischen Grundlagen der Röntgenbeugung im Einkristall vor allem die praktische Durchführung einer Einkristallstrukturbestimmung vermitteln. Dies umfasst im ersten Schritt die Selektion, Präparation und Justage eines für die Messung geeigenten Einkristalls. Im zweiten Schritt soll anhand der an einem Image-Plate Einkristalldiffraktometer gemessenen Intensitätsdaten die Einheitszelle und die Raumgruppe bestimmt werden. Ziel des Versuchs ist abschließend, ein Strukturmodell auf der Basis der zuvor gewonnenen Daten zu erstellen.
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FP25: Verschränkte Photonen (NEU)

Quantentechnologien nutzen die besonderen Eigenschaften von Zuständen und Vorgängen der Materie auf atomarer Ebene, die von den Gesetzen der Quantenmechanik kontrolliert werden. Insbesondere die Verschränkung von Teilchen, die dazu führt, dass getrennte Objekte nur als Gesamtzustand beschrieben und manipuliert werden können, führt zu Effekten, die der Intuition komplett widersprechen. Diese Effekte werden im Versuch anhand von verschränkten Photonenpaaren untersucht und ihr Verhalten mit dem von nicht verschränkten Photonen verglichen. Des Weiteren wird im Hong-Ou-Mandel (HOM) Effekt die Interferenz zweier ununterscheidbarer Photonen gemessen.

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FP26: Pulverdiffraktometrie (zur Zeit nicht verfügbar)
Pulverdiffraktometrie gehört zu den Routinemethoden zur Charakterisierung von kristallinen Materialen. Mit Hilfe von Pulverröntgenbeugung können kristalline Proben identifiziert (qualitative Phasenanalyse), quantifiziert (quantitative Phasenanalyse) und die Kristallstruktur der Verbindungen bestimmt werden. Ziel dieses Versuchs ist das Beherrschen der theoretischen und vor allem der praktischen Grundlagen der Pulverdiffraktometrie. Im Praktikumsversuch soll ein Gemisch aus drei unbekannten Phasen mittels Röntgenbeugung eindeutig identifiziert und charakterisiert werden. Die wichtigsten Schritte, die in diesem Versuch bei der Analyse der kristallinen Probepraktisch angewendet werden, umfassen:(i) Probenvorbereitung, (ii) Messen des Pulverdiffraktogrammes, (iii) Zuordnung aller gemessenen Reflexe zu bestimmten Verbindungen unter Zuhilfenahme einer Datenbank (qualitative Phasenanalyse), (iv) Durchführung einer Rietveld-Verfeinerung der Messdaten und (v) Bestimmung der Massen­anteile der drei Phasen in der Mischung.
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FP27: Elektrochemie
Elektrochemische Vorgänge lassen sich in vielen Prozessen und Anwendungen des täglichen Lebens finden. Als Beispiele hierfür können Korrosionsprozesse, galvanisch beschichtete Bauteile, Batterien und Akkumulatoren genannt werden. Im Versuch sollen nun die Vorgänge in einer Kupfer-Zink-Batterie untersucht, sowie die Gültigkeit des 1. Faradayschen Gesetzes, welches übertragene Stoffmenge und geflossene Ladung in Zusammenhang bringt, nachgewiesen werden. Elektrochemische Größen wie etwa die Leitfähigkeit einer Lösung, können in der Analytik zur Endpunktbestimmung bei Titrationen eingesetzt werden. Dies lässt sich beispielsweise bei der Titration von HCl mit NaOH zeigen. Häufig treten Redox-Prozesse bei elektrochemischen Vorgängen auf. Mit Hilfe der cyclischen Voltametrie können Elektronenübergänge beobachtet und quantifiziert werden. Dazu wird im Versuch der reversible Oxidationsstufenwechsel zwischen Fe²⁺ und Fe³⁺ betrachtet.
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FP28: Fluoreszenz-Spektroskopie
Die elektromagnetische Strahlung im UV/VIS Bereich hat eine Wellenlänge von 200–800 nm (500000–12000 cm^-1). Dies entspricht der Energiedifferenz zweier elektronischer Zustände. Trifft elektromagnetische Strahlung, deren Energie der Energiedifferenz zwischen Grund- und Angeregtenzustand exakt entspricht, auf eine Substanz, so können Elektronen unter gleichzeitiger Absorption der entsprechenden Frequenzen in das höhere Energieniveau angeregt. Nach der Anregung durch Photonen erfolgt der Übergang in den elektronischen Grundzustand sowohl strahlungslos, als auch durch Emission von Lumineszenzphotonen (Photolumineszenz). Die Lumineszenzprozesse werden in Fluoreszenz und Phosphoreszenz aufgeteilt. Die Kriterien der Aufteilung sind allerdings nicht immer einheitlich. Die Phosphoreszenz beschreibt Prozesse bei denen die Emission nach der Anregung noch lange anhält. Oft verwendet man 1ms als zeitliche Untergrenze. Fluoreszenz beschreibt demzufolge schnelle Prozesse mit weniger als 1μs Lebensdauer. Da diese Definition einerseits drei Großenordnungen Lücke lässt und andererseits keinen physikalischen Bezug zum zugrundeliegenden Mechanismus aufweist, verwendet man heute häufiger die beteiligten elektronischen Zustände als Definition. Hier beschreibt die Fluoreszenz alle erlaubten Übergänge zwischen Niveaus mit identischem Spin (∆S =0), während die Phosphoreszenz alle Prozesse mit Spinwechsel (∆S≠0), z. B. durch so genanntes „intersystemcrossing“ beschreibt.
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FP29: Festkörper-NMR-Spektroskopie
In diesem Versuch wollen wir uns mit der Festkörper-NMR-Spektroskopie beschäftigen. Diese analytische Methode hat sich in den letzten beiden Dekaden zu einem enorm mächtigen Werkzeug entwickelt und ist sowohl bei der Charakterisierung dynamischer Aspekte als auch bei der Aufklärung der Struktur von Festkörpern zu einer unverzichtbaren Methode geworden. Insbesondere bei der Analyse stark fehlgeordneter oder amorpher Systeme, in denen die Standardbeugungsmethoden nur bedingt einsetzbar sind, hat die Festkörper-NMR-Spektroskopie mittlerweile allen anderen Methoden den Rang abgelaufen. Im Praktikumsversuch werden wir uns zunächst die Funktionsweise des Spektrometers anschauen und lernen, wie wir ein typisches Festkörper-NMR-Experiment vorbereiten und dann auch durchführen können. Anschließend werden wir dann das Gelernte einsetzen, um etwas über die Strukturmotive in Phosphatgläsern zu erfahren.
Material zu FP29 (.pdf)

FP30: Mößbauer-Effekt
Der Mößbauer-Effekt, die "rückstoßfreie Emission und Absorption von Gammaquanten", ermöglicht die Ausnutzung der natürlichen Linienbreiten von Gammazerfällen. Wegen der dadurch möglichen hohen Energieauflösung hat die Mößbauerspektroskopie außer in der Kernphysik in der Festkörperphysik, im Magnetismus, in der Geologie und in den Ingenieurwissenschaften Anwendung gefunden. Im Rahmen dieses Versuches erfolgt eine Einarbeitung in die verschiedenen Hyperfeinwechselwirkungen, insbesondere des Kern-Zeeman-Effekts. Dazu wird in diesem Versuch das magnetische Hyperfeinfeld einer Eisenprobe temperaturabhängig bestimmt. Wir bestimmen die Abnahme der Magnetisierung mit der Temperatur sowie die Curietemperatur. Dabei wird der Unterschied zwischen der Magnetiserung und dem nur lokal am Kern vorhandenen Hyperfeinfeld deutlich. Weiterhin soll bei diesem Versuch auch der Umgang mit radioaktiver Strahlung und Grundsätze des Strahlenschutzes geübt werden.
Material zu FP30 (.pdf)
Material zu FP30_Strahlenschutz (.pdf)

FP31: Oberflächenplasmonenresonanz
Dieser Versuch behandelt die resonante Anregung von Oberflächenplasmonen, welche als Ladungsdichteschwingung an der Grenzfläche zwischen einem Metall und einem Dielektrikum verstanden werden können. Dazu müssen gleichzeitig Energie- und Impulserhaltung von Photonen und Plasmonen erfüllt werden. Die Auseinandersetzung mit diesem Phänomen und entsprechenden Anwendungsfeldern zeigt, dass selbst an scheinbar einfachen und gut verstandenen Materialkombinationen überraschende Phänomene beobachtet werden können. Der optische Versuchsaufbau, welcher vor jeder Messung sorgfältig kalibriert werden muss, erlaubt die Untersuchung von Oberflächenplasmonen an verschiedenen Materialsystemen. Dabei werden sowohl Dünnschichtsysteme aus organischen Halbleitern, als auch Effekte an Flüssigkeitsgrenzflächen betrachtet. Durch anschließende optische Modellierung mittels des Matrix-Transfer Formalismus können die gemessenen Resonanzen charakterisiert und ausgewertet werden. Dadurch lassen sich verschiedene Eigenschaften des Systems wie beispielsweise Brechungsindizes, Schichtdicken oder Konzentrationen in Flüssigkeiten bestimmen. 

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