Eignung der Versuche:

F1:	Versuche im Rahmen des Pflichtmoduls B-P5 (Bachelor Physik) bzw. PHY-LA-GYM-P8 (Lehramt)
Na:	Versuche im Rahmen des Moduls NS-P8 (Bachelor-Nanoscience)
F2:	Versuche im Rahmen des Wahlmoduls B-WV3 (Bachelor Physik) bzw. PHY-LA-GYM-W5 (Lehramt)
NF:	Versuche für Studierende aus anderen Fakultäten, z.B. Master Mathematik

af    AFM    Eignung: F1 NF

Im Versuch „Rasterkraftmikroskopie“ soll der Umgang mit einem modernen Messgerät der Nanowissenschaften, das heutzutage routinemässig im Labor eingesetzt wird, erlernt werden.

Der Versuch umfasst eine Einarbeitung in die physikalischen Grundlagen der Rasterkraftmikroskopie, die Handhabung des Geräts und der Darstellungs- und Auswerteverfahren der gewonnenen Datensätze. Im ersten Teil des Versuchs wird das Mikroskop für die weiteren Messungen kalibriert und der Sensor charakterisiert. Im zweiten Teil wird unter anderem die Oberfläche einer CD vermessen und die Kapazität des Datenträgers bestimmt. Optional können auch mitgebrachte Proben, zum Beispiel selbst hergestellte Proben aus einem anderen Versuch, unter dem Mikroskop betrachtet werden.

b    Brennstoffzelle    Eignung: F1 NF

Wasserstoff ist seit Jahrzehnten als alternativer Energieträger in der Diskussion. In diesem Versuch wird die Herstellung von Wasserstoff über Photovoltaik/Solarzellen und Elektrolyse sowie die Nutzung von Wasserstoff in einer Brennstoffzelle untersucht.

d    Diodengepumpter Festkörperlaser    Eignung: F1 Na F2 NF

Durch den Einsatz eines Halbleiterlasers als Pumplichtquelle können kompakte und effiziente, sog. Dioden-gepumpte Festkörperlaser (DPSS Laser: Diode Pumped Solid State Laser) mit hoher Strahlqualität realisiert werden.

In diesem Versuch lernen Sie den Aufbau eines Dioden-gepumpten Nd:YVO-Lasers kennen: Sie untersuchen zuerst die typischen Strahleigenschaften von Diodenlasern und deren elektrischen Charakteristika. Dann bauen Sie den Resonator des Nd:YVO-Lasers auf und führen die Lasertätigkeit bei unterschiedlichen Moden herbei. Nach der resonatorinternen Frequenzverdopplung mittels eines KTP-Kristalls, d.h. es findet eine Umwandlung der infraroten Strahlung des Nd:YVO-Lasers in sichtbare grüne Strahlung statt, untersuchen Sie anhand der Relaxationsschwingungen die dynamischen Lasereigenschaften.

e    Ferromagnetische Resonanz (ESR)    Eignung: F1 Na F2 NF

Die Mikrowellenabsorption von ferromagnetischen Proben wird als Funktion von angelegtem Magnetfeld und Mikrowellenfrequenz untersucht. Mit den Ergebnissen sollen Anisotropie, Sättigungsmagnetisierung, g-Faktor und Dämpfungskonstante der Proben bestimmt werden. Der Versuch ermöglicht darüber hinaus, sich mit Elementen der Mikrowellentechnik (Gunn-Oszillator, Hohlleiter, Schottky-Detektor, etc.) vertraut zu machen.

f    Fourier-Spektroskopie    Eignung: F1 Na NF

Bei diesem Versuch haben Sie die Möglichkeit die Funktionsweise eines Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometers kennen zu lernen. Hierbei werden Transmissions-und Reflexionsspektren von verschiedenen Proben aufgenommen und untersucht. Daraus können z.B. der OH-Gehalt von Quarz-Gläsern oder die Schichtdicke von dünnen planparallelen Plättchen bestimmt werden. Des Weiteren können Sie in diesem Versuch Ihre Kenntnisse aus der Festkörperphysik erweitern und das Reststrahlenband von polaren Festkörpern, sowie die Plasma-Reflexion hochdotierter Halbleiter studieren.

jo    Josephson-Effekt    Eignung: F2

Josephson-Kontakte, mit denen Tunnelströme zwischen Supraleitern kontrolliert werden können, stellen ein sehr aktuelles Beispiel dar, wie in der Grundlagenforschung erreichte Erkenntnisse zu Quanteneffekten aktuell in Quantentechnologien, d.h. in die Entwicklung neuartiger, hochpräziser elektronischer Geräte, einfließen. Supraleitende Quantenschaltkreise werden beispielsweise momentan als eine der vielversprechendsten Technologieplattformen zur Realisierung von Prozessoren für Quantencomputer gehandelt. Dieser Versuch soll ein allgemeines Verständnis der DC- und AC-Josephson-Effekte vermitteln, die den Funktionskonzepten dieser neuartigen Quantenschaltkreise zugrunde liegen. Im Versuch werden die in einem supraleitenden SNIS-Tunnelkontakt (Supraleiter-Normalleiter-Isolator-Supraleiter) auftretenden Quanteneffekte in Abhängigkeit von magnetischen Feldern und von hochfrequenter Strahlung bei Temperaturen von wenigen Kelvin experimentell untersucht.

l    Laser    Eignung: F1 Na NF

Der Versuch soll die grundlegenden Eigenschaften eines HeNe-Lasers veranschaulichen und einen Ausblick auf Anwendungen geben. Die Versuchsschritte sind Sichtbarmachung unterschiedlicher transversaler Moden des HeNe-Lasers, Messung der Wellenlänge mit einer Schublehre, Messung des Verstärkungsfaktors durch Variation der Resonatorverluste, Ermittlung der Lichtgeschwindigkeit durch Überlagerung longitudinaler Moden und Modulation des Laserstrahls sowie Signalübertragung mit einer Glasfaser.

mo    Magneto-Optik    Eignung: F1 Na F2 NF

Mit einem magneto-optischen Messverfahren unter Ausnutzung des longitudinalen Kerr-Effektes werden Magnetisierungskurven von ferromagnetischen dünnen Schichten bestimmt. Die Messdaten erlauben Aussagen über Anisotropien in den Schichten und sollen mit einem einfachen Modell interpretiert werden.

n    NMR    Eignung: F1 Na NF

Die magnetischen Momente von Wasserstoffkernen werden in einem statischen Magnetfeld B₀ ausgerichtet. In Resonanz kann ein Hochfrequenzpuls B senkrecht B₀ die Momente umklappen. Nach Abschalten von B relaxieren die Momente mit charakteristischen Zeiten T₁ (Spin-Gitter Relaxation) bzw. T₂ (Spin-Spin Relaxation). Diese werden für Wasser und Paraffin bestimmt.

v    Operations-Verstärker    Eignung: F1 NF

Der Operationsverstärker ist ein vielseitiges Hilfsmittel für die physikalische Meßtechnik. In diesem Versuch wird die Anwendung von Operationsverstärkern in Meß- und Regelkreisen untersucht sowie eine Einführung in die rechnergestützte Meßwerterfassung gegeben.

pl    Optik an 2D-Quantenfilmen    Eignung: F2

Zweidimensionale Halbleiter-Quantenfilme sind Quantenobjekte, die sich mittlerweile einer breiten technologischen Verwendung in optoelektronischen Bauteilen, wie zum Beispiel LEDs und Laserdioden erfreuen. Gleichzeitig eröffnen sie Möglichkeiten um experimentell und anschaulich einige quantenmechanische Effekte greifbar zu machen. In diesem Versuch arbeiten Sie sich in die Grundlagen optischer Spektroskopie an Halbleiter-Quantenfilmen ein. Insbesondere lernen Sie wie Elektronen-Loch-Paare im Halbleiter angeregt werden und wie die Rekombination eines solchen Paares durch Aussenden eines charakteristischen Photons (Photolumineszenz) abläuft. Mit Hilfe dieses Prozesses veranschaulichen wir experimentell das Modell des "Teilchens im Kasten".

a    Optische Absorption    Eignung: F1 Na NF

Mit einem Transmissionsspektrometer werden die Rotations-Schwingungsbanden von Cl₂ und Br₂ im Sichtbaren aufgenommen. Mit der Kenntnis der elektronischen Niveaus einfacher Moleküle können die Ergebnisse quantitativ ausgewertet werden.

p    Pockels-Effekt    Eignung: F1 Na NF

Der lineare elektrooptische Effekt (Pockels-Effekt) wird mit sichtbarem und infrarotem Laserlicht in doppelbrechenden KD^*P-Kristallen untersucht. Durch zeitaufgelöste Messungen kann auch der piezoelektrisch erzeugte Zusatzbeitrag bestimmt werden. Statische Messungen bei unterschiedlichen elektrischen Feldern erlauben die Bestimmung des Absolutwertes der elektrooptischen Konstante.

q    Quanten-Hall-Effekt    Eignung: F2

In diesem Praktikumsversuch werden Messungen an Halbleiterbauelementen bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern durchgeführt. Die Quantisierung des Hall-Widerstands bei den Werten R = [ h/(e²)]·[ 1/i](i=1,2,3...), für deren Entdeckung Klaus von Klitzing 1985 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, kann an verschiedenden, teils selbst hergestellten Proben, beobachtet werden.

Der Versuch schult nicht nur den Umgang mit tiefen Temperaturen (flüssiges Helium) und supraleitenden Magneten, sondern ermöglicht gleichzeitig einen Einblick in eines der aktuellen Forschungsgebiete der Festkörperphysik

rm    Raster-Elektronen-Mikroskop     Eignung: F1

Das Raster-Elektronen-Mikroskop (REM) ist ein universelles Werkzeug zur Abbildung kleiner Objekte und Strukturen, die auf Grund ihrer Größe mit einem optischen Mikroskop beugungsbedingt nicht sichtbar gemacht werden können.

In diesem Praktikumsversuch:
- lernen Sie die Raster-Elektronen-Mikroskopie als bildgebendes Verfahren kennen.
- erhalten Sie tiefere Einblicke in Aufbau und Funktionsweise eines REM.
- nutzen Sie das REM zur Abbildung und zur Analyse von Strukturen mit geometrischen Abmessungen im µm-Bereich.

tm    Rastertunnelmikroskopie (STM)    Eignung: F2

In diesem Versuch erhält man einen Einblick in die Welt der Rastersondenmikroskopie. Mit einem Rastertunnelmikroskop werden Oberflächen von verschiedenen Proben im Ortsraum atomar aufgelöst und abgebildet. Das verwendete Gerät ist ein easyScan 2 der Firma Nanosurf und ermöglicht einen einfachen Zugang zum Mikroskopieren an Luft bei Raumtemperatur.

r    Röntgen-Beugung    Eignung: F1 Na F2 NF

Interferenz von kontinuierlicher und monochromatischer Röntgenstrahlung am dreidimensionalen Gitter kristalliner Festkörper gibt Aussagen über die Kristallsymmetrie, die Gitterkonstanten und die Struktur der Kristalle. Bei diesem Versuch werden kubische Kristalle mit einem einfachen Diffraktometer mit der Laue- und der Debye-Scherrer-Methode untersucht.

s    Supraleitung    Eignung: F1 F2

Die Sprungtemperaturen eines Tieftemperatur-Supraleiters (In) und eines Hochtemperatur-Supraleiters (YBaCuO) werden durch Widerstandsmessungen als Funktion der Temperatur bestimmt. Durch Variation eines externen magnetischen Feldes wird außerdem das kritische Magnetfeld H_c der Indium-Probe ermittelt. Die magnetischen Eigenschaften von Hochtemperatur-Supraleitern werden durch Levitation eines Magneten veranschaulicht.

uo    Ultraschnelle Optik    Eignung: F2

Moderne Ultrakurzpulslaser ermöglichen die Erzeugung von hochintensiven Lichtimpulsen, welche wenige Femtosekunden (fs = 10-15 s) lang sind. Mit Hilfe von stroboskopischen Methoden kann hiermit die Zeitdynamik von Elementarprozessen in Festkörpern sichtbar gemacht werden. In diesem Versuch erhalten sie Einblick in Methoden der ultraschnellen Optik, die so auch in der aktuellen Forschung angewandt werden. Zuerst frequenzverdoppeln sie hochintensive Laserimpulse in einem nichtlinearen Kristall. Anschließend lernen sie, wie man die Länge von Lichtimpulsen misst, die so kurz sind, dass keine Elektronik mit direkten Methoden in der Lage ist, ihre Zeitdauer aufzulösen. Schließlich werden diese Kenntnisse in einem Experiment angewandt, in dem sie die Ladungsträgerrekombinationsdynamik in Indiumgalliumarsenid auf der fs-Zeitskala mit Hilfe eines Pump-Probe-Versuchs messen.

x    X-Band-Radar    Eignung: F2 NF

Dieser Versuch soll einen kleinen Einblick in die Mikrowellentechnik vermitteln. Als X-Band bezeichnet man den Frequenzbereich zwischen 8 GHz und 12,5 GHz des elektromagnetischen Spektrums. Die Wellenlängen liegen hier im Bereich von Zentimetern. Durch Ausnutzung von Laufzeitunterschieden bzw. des Dopplereffektes ist es in diesem Versuch möglich Entfernungen und Geschwindigkeiten, z.B. vorbeifahrender Autos, zu bestimmen. Es sollen außerdem verschiedene X-Band-Komponenten untersucht werden, wie die Abstrahlcharakteristik einer Antenne oder der Frequenzgang eines Zirkulators.