Physikalisches Praktikum II - Versuche

Hier werden die im aktuellen Semester angebotenen Versuche präsentiert

Versuchsangebot im Sommersemester 2019

Assistent: Gompf, Bruno
Institut: 1. Physikalisches Institut
Raum: 1.552
Tel.: 65146
E-Mail: b.gompf (at) physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.570    Telefon: 64849

Das umfassende Verständnis der Eigenschaften von Materialien ermöglicht es uns, sie zu manipulieren und hieraus neue Verbindungen mit besseren elektronischen, mechanischen oder optischen Eigenschaften herzustellen. Ein solches Verständnis setzt allerdings die Kenntnis der detaillierten Struktur der entsprechenden Materialien voraus, denn ohne diese Kenntnis ist man gleichsam verloren wie in unbekanntem Terrain ohne Landkarte. Über Röntgenbeugungsverfahren können strukturelle Parameter kristalliner Stoffe mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
In diesem Versuch werden die Grundlagen der Röntgenbeugung erarbeitet. Hierzu werden mit einer Röntgenapparatur in einem ersten Versuchsteil die Eigenschaften der Röntgenstrahlung und ihr Absorptionsverhalten in Materie untersucht sowie in einem zweiten Versuchsteil strukturelle Eigenschaften und Parameter von Einkristallen und Kristallpulvern durch Röntgenbeugungsverfahren bestimmt.

Stichworte:
Erzeugung und Absorption von Röntgenstrahlen, Kristallstrukturen, Gitter, reziprokes Gitter, Bragg-Reflexion, Laue-Bedingung, Debye-Scherrer-Diagramme, Röntgenröhren, Zählrohre

Assistent: Tischler, Ingo
Institut: ICP
Raum: 1.035
Tel.: 67701
E-Mail: itischler (at) icp.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.535    Telefon:

Trifft Licht auf Materie wird es gestreut. Meistens geschieht dies in Form elastischer Streuung (Rayleigh-Streuung), bei der das Molekül die gesamte aufgenommene Photonenenergie fast sofort wieder mit der gleichen Frequenz abgibt.
Das angeregte Molekül kann jedoch auch einen (kleinen) Teil der Photonenenergie z.B. als Molekülschwingung aufnehmen (bzw. abgeben) und Licht mit einer kleineren (bzw. größeren) Frequenz aussenden. Hierbei spricht man dann von Raman-Streuung. Das Raman-Spektrum ist für jedes Molekül und jeden Kristall charakteristisch.
Aus der Energiedifferenz zum eingestrahlten Licht und dem Polarisationsgrad des gestreuten Lichts kann mit Hilfe der Gruppentheorie auf den strukturellen Aufbau der untersuchten Probe geschlossen werden. Die Auswahlregeln für Raman- und IR-Spektroskopie unterscheiden sich so, dass sich beide Methoden sehr gut ergänzen.
Im Versuch werden die Ramanspektren von CCl4, CHCl3, CHBr3, CdCl3 und CdBr3 gemessen. Bei dem Versuch wird das an der Probe gestreute Licht eines HeNe-Lasers mit Hilfe eines Spektrometers analysiert. Zur Auswertung werden die gemessenen Raman-Spektren mit der Gruppentheorie für diese Moleküle verglichen und ihrer entsprechenden Gruppe zugeordnet, sowie die Boltzmannkonstante anhand des Intensitätsverhältnisses zwischen Stokes- und Anti-Stokes-Linien ermittelt.

Stichworte:
Ramanübergänge (Stokes und Antistokes), Schwingungs-Spektroskopie, Gruppentheorie einfacher Symmetrien

Assistent: Mohammad Pakdaman
Institut: MPI-FKF
Raum: 4A7
Tel.: 689-1406
E-Mail: m.pakdaman (at) fkf.mpg.de

Versuch:
Raum: 1.936    Telefon: 64863

Unter Zeeman-Effekt fasst man alle Effekte zusammen, die bei der Beobachtung von Spektrallinien auftreten, wenn die Strahler einem Magnetfeld ausgesetzt sind. Man unterscheidet zwischen "normalem" Zeeman-Effekt und "anormalem" Zeeman-Effekt.
Beim normalen Zeeman-Effekt gilt J = L, die Spins koppeln also zu S = 0 und jede Linie spaltet in ein Triplett auf. Beim anormalen Zeeman-Effekt, wo J = L+S (S≠ 0) gilt, besteht jede Linie aus mehr als drei Linien (falls die Entartung vollständig aufgehoben ist).
Weiterhin gibt es den sogenannten Paschen-Back-Effekt, bei dem die L-S-Kopplung vernachlässigbar wird gegenüber der Energie der einzelnen magnetischen Momente im starken äußeren Magnetfeld.
Im Versuch wird die Aufspaltung der 587,6 nm -Linie des Heliums im Magnetfeld (variabler Feldstärke) mit einem Fabry-Pérot-Etalon untersucht und mit Hilfe einer Digitalkamera ausgewertet.

Stichworte:
Multiplettsystem, Termschemata, Auswahlregeln, normaler und anormaler Zeeman-Effekt, Paschen-Back-Effekt, Fabry-Pérot-Spektrometer, Hallsonde, Grundlagen der Fotografie

Assistent: Christaller, Florian
Institut: 5. Physikalisches Institut
Raum: 3.111
Tel.: 60801
E-Mail: f.christaller (at) physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.570    Telefon: 64849

Als Mößbauer-Effekt bezeichnet man die rückstoßfreie Absorption oder Emission von γ-Quanten durch Atomkerne (im Kristall). Durch die Rückstoßfreiheit ist die Energieverschmierung der γ-Strahlung sehr klein, d.h. fast auf die natürliche Linienbreite (Quantenmechanik) reduziert, was einer relativen Energieunschärfe von ca. 10-13 entspricht.
Kleinste Energiedifferenzen hervorgerufen durch sehr unterschiedliche Ursachen wie Dopplerverschiebung, Kernpotentialänderungen durch unterschiedliche chemische Umgebung (Isomerieverschiebung), Hyperfeinstrukturaufspaltung oder Quadrupolaufspaltung können bestimmt werden, indem man verschiedene Emitter- und Absorbersubstanzen verwendet.
In diesem Versuch wird als Quelle 57Co verwendet, das durch K-Einfang in den angeregten Zustand von 57Fe übergeht. Als Absorber dienen Edelstahl (Isomerieverschiebung) und wahlweise natürliches Eisen (magnetische Hyperfeinstrukturaufspaltung) oder FeSO4∙7H2O (Quadrupolaufspaltung, elektrischer Feldgradient am Kernort).
Außer den Mößbauerspektren wird auch das vollständige c-Spektrum von 57Co aufgenommen.

Stichworte:
Kern- und Mößbauerspektroskopie (rückstoßfreie Emission und Absorption), Isomerieverschiebung, Hyperfeinstruktur, Kernquadrupolmoment (Kernmodelle), Debye-Waller-Faktor (Quantenmechanik), Szintillationszähler

Assistent: Ristok, Simon
Institut: 4.PI
Raum: 4-555
Tel.: 60517
E-Mail: s.ristok (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.572    Telefon: 64848

Die Spektren verschiedener Präparate werden detektiert und die unterschiedlichen Anteile anhand von Eichspektren interpretiert. Aus Absorbermessungen wird der lineare Absorptionskoeffizient von Blei und Aluminium bestimmt. Dieser Koeffizient ergibt sich als Summe aus den verschiedenen Wechselwirkungsmechanismen von γ-Strahlung mit Materie wie zum Beispiel Photoeffekt, Comptoneffekt und Paarbildung.
Es werden die Eigenschaften von Proportionalzählrohr und Szintillationszähler miteinander verglichen. Außerdem werden mit einem γ-Detektor dosimetrische Messungen an einem 60Co-Präparat durchgeführt und daraus die maximal zulässige Aufenthaltsdauer an einem belasteten Arbeitsplatz berechnet.

Stichworte:
γ-Strahlung (Entstehung, Detektion, Wechselwirkung mit Materie), Zählrohr, Szintillationszähler, Multichannelanalyser, dosimetrische Grundbegriffe, biologische Strahlenwirkung

Assistent: Kornher, Thomas
Institut: 3. Physikalisches Institut
Raum: 6.311
Tel.: 65230
E-Mail: t.kornher (at) physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.905    Telefon: 64869

Der Hall-Effekt ist eine wichtige Methode zur Charakterisierung der Kenngrößen von Metallen und Halbleitern. Die wichtigsten elektrischen Kenngrößen eines Halbleiters sind die Beweglichkeit, die Ladungsträgerdichte und die Bandlücke.
Im Versuch wird die Hall-Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Magnetfeld und dem Längsstrom an dotierten und undotierten Ge-Proben gemessen. Daraus lassen sich dann die relevanten Parameter wie Bandlücke, Elektronen- und Löcherbeweglichkeit sowie deren jeweilige Dichte ableiten.

Stichworte:
Bandstruktur eines Halbleiters, Leitungsphänomene in Halbleitern, Ladungsträgerbeweglichkeit eines Elektronengases, Streuung und Relaxation, Dotierung, Magneto-Transport und Hall-Effekt

Assistent: Walter, Ramon
Institut: 4PI
Raum: 4-314
Tel.: 64956
E-Mail: r.walter (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.909    Telefon: 64871

Quantum Analogs ist ein akustisches Experiment zur Vermittlung der Wellenmechanik. Die Basis des Experiments ist die Analogie zwischen der mathematischen Beschreibung eines Elektrons im Potential (Schrödinger-Gleichung) und dem Verhalten normaler Schallwellen in Luft (Helmholtz-Gleichung). Der große Vorteil akustischer Experimente ist dabei, dass Schall-Phänomene auf einer dem Menschen gut zugänglichen Zeit- und Längenskala erscheinen.
Der experimentelle Aufbau erlaubt es, akustische Analogien zu ein- und dreidimensionalen quantenmechanischen Systemen zu untersuchen. Untersucht werden einmal die akustischen Analogons zum Wasserstoff-Atom und Wasserstoff-Molekül und zum Anderen die Dispersion in eindimensionalen "akustischen Halbleitern".

Stichworte:
Schrödinger-Gleichung, Wasserstoffatom, Wasserstoffmolekül, Bragg-Bedingung, Bandlücke, reziproker Raum, Dispersionsrelation, Brillouin-Zone, reduziertes Zonenschema

Assistent: Weber, Ksenia
Institut: 4PI
Raum: 4-511
Tel.: 65108
E-Mail: k.weber (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.907    Telefon: 64870

Dünne aufgedampfte Schichten sind für viele Anwendungen von großem technischen Interesse. Sie werden z.B. für Antireflexschichten oder Interferenzfilter verwendet. Bei diesen Fabry-Pérot-Interferometern handelt es sich um Metall-Dielektrikum-Vielfachschichten die aufgrund von Interferenz nur einen beschränkten Spektralbereich transmittieren oder reflektieren. Im Versuch werden mehrere Schichtsysteme durch Aufdampfen im Vakuum hergestellt und anschließend mit einem kompakten Faserspektrometer charakterisiert.

Stichworte:
Erzeugung und Messung von Vakuum (Drehschieberpumpe, Diffusionspumpe, Pirani- und Penning-Vakuummeter),
Aufdampftechnik (mittlere freie Weglänge, Aufdampfrate, Wachstum dünner Filme),
Messung von Schichtdicken (Transmission, Reflexion und Absorption dünner Schichten, Schwingquarzwaage),
Interferenzfilter (Filterspektren), (Gitter-)Spektrometer

Assistent: Gompf, Bruno
Institut: 1. Physikalisches Institut
Raum: 1.552
Tel.: 65146
E-Mail: b.gompf (at) physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.570    Telefon: 64849

Das umfassende Verständnis der Eigenschaften von Materialien ermöglicht es uns, sie zu manipulieren und hieraus neue Verbindungen mit besseren elektronischen, mechanischen oder optischen Eigenschaften herzustellen. Ein solches Verständnis setzt allerdings die Kenntnis der detaillierten Struktur der entsprechenden Materialien voraus, denn ohne diese Kenntnis ist man gleichsam verloren wie in unbekanntem Terrain ohne Landkarte. Über Röntgenbeugungsverfahren können strukturelle Parameter kristalliner Stoffe mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
In diesem Versuch werden die Grundlagen der Röntgenbeugung erarbeitet. Hierzu werden mit einer Röntgenapparatur in einem ersten Versuchsteil die Eigenschaften der Röntgenstrahlung und ihr Absorptionsverhalten in Materie untersucht sowie in einem zweiten Versuchsteil strukturelle Eigenschaften und Parameter von Einkristallen und Kristallpulvern durch Röntgenbeugungsverfahren bestimmt.

Stichworte:
Erzeugung und Absorption von Röntgenstrahlen, Kristallstrukturen, Gitter, reziprokes Gitter, Bragg-Reflexion, Laue-Bedingung, Debye-Scherrer-Diagramme, Röntgenröhren, Zählrohre

Assistent: Mohammad Pakdaman
Institut: MPI-FKF
Raum: 4A7
Tel.: 689-1406
E-Mail: m.pakdaman (at) fkf.mpg.de

Versuch:
Raum: 1.919    Telefon: 64875

Die Massenspektrometrie ist eine der wichtigsten physikalischen Untersuchungsmethoden in der Physik, Umweltanalytik, Chemie und in der industriellen Prozesskontrolle. In der Massenspektrometrie wird die atomare und molekulare Massenzusammensetzung (m/e-Verhältnis) einer Probe bestimmt.
Im Versuch wird ein Quadrupol-Massenspektrometer zur qualitativen und quantitativen Analyse von Testproben verwendet. Untersucht werden neben dem natürlichen Isotopenverhältnis von Krypton auch Atemluft und einige bekannte organische Lösungsmittel. Außerdem soll eine unbekannte Substanz anhand ihres Fragmentierungsmusters identifiziert werden.

Stichworte:
Aufbau und Theorie der verschiedenen Massenspektrometerarten, Ionenquellen, Isotope,
Erzeugung und Messung von Ultrahochvakuum, Vakuumpumpen (Drehschieber- und Turbomolekularpumpe), Vakuummessgeräte (Pirani- und Penning-Vakuummeter)

Assistent: Veit, Christian
Institut: 5. Physikalisches Institut
Raum: 4.111
Tel.: 67468
E-Mail: c.veit (at) physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.519    Telefon: 64813

Die Kernspinresonanz (NMR) ist heute eine der wichtigsten spektroskopischen Methoden in Physik, Chemie, Biologie und Medizin. Sie gibt Auskunft über die elektronische Umgebung einzelner Atome und die Wechselwirkung mit den Nachbaratomen. Diese Information ermöglicht die Aufklärung der Struktur und der Dynamik der Probe.
Anhand eines einfachen Spektrometers wird das Messprinzip von cw- und gepulster NMR verdeutlicht und an einigen ausgewählten Proben die charakteristischen Messgrößen T1 (Spin-Gitter-Relaxationszeit) und T2 (Spin-Spin-Relaxationszeit) bestimmt.

Stichworte:
klassische und quantenmechanische Beschreibung der Kernspinresonanz, Puls-NMR (rotierendes Koordinatensystem, FID, Spinecho, Puls-Sequenzen), Messung von T1 und T2 (Spin-Spin-Relaxation, Spin-Gitter-Relaxation)

Assistent: Reiff, Johannes
Institut: ITP1
Raum: 4.156
Tel.: 64972
E-Mail: johannes.reiff (at) itp1.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: Sternwarte    Telefon:

Versuch nach Vereinbarung!

In diesem Versuch werden Grundlagen der Astronomie und Astrophysik vermittelt.
Abhängig von den Beobachtungsbedingungen werden CCD-Astrofotografie geeigneter Objekte (z.B. Mond, Planeten, Messier-Objekte) mit anschließender Bildbearbeitung, Spektroskopie einzelner Sterne und gegebenenfalls eine Photometrie eines Sternhaufens durchgeführt.
Der Versuch wird zeitgleich von zwei Praktikumsgruppen durchgeführt, die Ausarbeitungen erfolgen jedoch von jeder Gruppe separat. Das Kolloquium wird vor dem Versuch an einem separaten Termin abgehalten, der jeweils mit dem Assistenten vereinbart werden muss. Das Kolloquium sollte möglichst bald nach Semesterbeginn stattfinden, damit bei gutem Beobachtungswetter immer Gruppen zur Durchführung des Versuchs bereit sind.

Stichworte:
Grundlagen der Astronomie, Astrofotografie, Sternspektroskopie, Photometrie

Assistent: Weber, Sebastian
Institut: ITP3
Raum: 5.346
Tel.: 65208
E-Mail: weber (at) itp3.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.921    Telefon: 64876

Rauschen bestimmt letztlich in allen physikalischen Messungen die Empfindlichkeitsgrenze. Es gibt kein Messsystem, das frei von statistischen Schwankungen ist. Bei Strom- und Spannungsmessungen haben diese Schwankungen ihre Ursachen in der endlichen Größe der Elementarladung (Schrotrauschen) bzw. in der thermischen Bewegung der Ladungsträger (thermisches Rauschen).
Eine genaue Rauschanalyse erlaubt daher die präzise Messung der Elementarladung e- und der Boltzmann-Konstanten kB. In diesem Versuch ist also das Rauschen selbst das auszuwertende Signal.

Assistent: Iakutkina, Olga
Institut: 1PI
Raum: 3.524b
Tel.: 64906
E-Mail: olga.iakutkina (at) pi1.physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.518    Telefon: 64865

Die Rasterkraft-Mikroskopie (Atomic force microscopy) hat sich in den letzten 20 Jahren neben der Rasterelektronen-Mikroskopie zum zweiten Standardverfahren für hochauflösende Mikroskopie entwickelt. Mit einer Auflösung im Nanometerbereich übertrifft sie beugungsgegrenzte Lichtmikroskope um etwa den Faktor 1000. Ihr größter Vorteil verglichen mit anderen hochauflösenden Verfahren ist, dass sie weder Vakuum noch eine spezielle Probenpräparation benötigt.
Im Praktikum lernt man den Umgang mit dem AFM anhand von Eichpräparaten und "Alltagsproben". Die gewonnenen Bilder werden anschließend mit einer Bildverarbeitungs-Software bearbeitet und analysiert. Hier stehen Methoden wie die 2-D Fourierfilterung und die quantitative Rauhigkeitsanalyse im Vordergrund.

Assistent: Mingyang Guo
Institut: 5.PI
Raum: 4.108
Tel.: 64951
E-Mail: guo (at) pi5.physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.934    Telefon: 64862

Mit Hilfe des optischen Pumpens lassen sich Phänomene der Atomphysik untersuchen, wie Resonanzabsorption, Zeeman-Aufspaltung oder Rabi-Oszillationen. Das Prinzip dahinter ist, mit Hilfe von polarisiertem Licht eine Besetzungsverteilung der Energieniveaus zu erreichen, die sich von der Boltzmann-Verteilung unterscheidet.
Im Experiment wird Rubidium-Gas gepumpt, das zwar eine Wasserstoff-ähnliche elektronische Struktur hat, aber aus zwei Isotopen mit unterschiedlichem Kernspin besteht. Im Spektrum führt dies zu einer Vielzahl von Linien.

Assistent: Izzatjon Allayarov
Institut: 4PI
Raum: 4-546
Tel.: 64959
E-Mail: i.allayarov (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.919    Telefon: 64875

Eine die klassische Mechanik auszeichnende Eigenschaft ist der Determinismus. Die Bewegungen klassischer Systeme werden durch Differentialgleichungen beschrieben. Im einfachsten Fall sind dies lineare Differentialgleichungen zweiter Ordnung. Diese sind durch gegebene Anfangsbedingungen lösbar.
Betrachtet man allerdings nichtlineare Systeme, so kann es sein, dass das System sehr stark von wenigen Kontrollparametern abhängt. Ändern sich z.B. die Anfangsbedingungen oder tritt Reibung auf, so erhält man inhomogene Differentialgleichungen. Die Lösbarkeit dieser Gleichungen ist nicht immer direkt möglich und auch mit numerischen Hilfsmitteln kann man hier sehr schnell an die Grenzen der Berechenbarkeit stoßen. Die globale Beschreibbarkeit des Systems bricht also zusammen, es führt chaotische Bewegungen aus.
In diesem Versuch soll es darum gehen herauszufinden, wovon chaotisches Verhalten abhängt und in wie weit es sich vorhersagen lässt. Dafür stehen zwei verschiedene Systeme zur Verfügung. Einerseits ein invertiertes Pendel und andererseits ein Shinriki-Oszillator.
Das Pendel ist ein rein mechanisches System, an welchem man direkt chaotisches Verhalten beobachten kann.
Der Shinriki-Oszillator ist ein elektrischer Schwingkreis, welcher auf einfache und vor allem auch schnelle Art und Weise eine Untersuchung des Systems ermöglicht.
An beiden Versuchsteilen können grundlegende Phänomene chaotischer Systeme untersucht werden.

Stichworte:
Phasenraumdiagramm, Attraktor, Bifurkation, Feigenbaumkonstante, Lyapunov-Exponent, Kirchhoff´sche Regeln, Shinriki-Oszillator, Mono-/Bistabiles Pendel, Autokorrelationsfunktion

Assistent: Niggemann, Oliver
Institut: ITP2
Raum: 3.560
Tel.: 64940
E-Mail: niggemann (at) theo2.physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.911    Telefon: 64872

In diesem Versuch werden die Grundlagen der Kernspinresonanztomograpie (NMR-Imaging) vermittelt. Dazu wird im ersten Versuchsteil ein grundlegendes Verständnis über die Erzeugung eines NMR-Signals, der Optimierung dieses Signals und der Gewinnung der darin enthaltenen Informationen erarbeitet.
Im zweiten Versuchsteil wird mit verschiedenen bildgebenden Verfahren gearbeitet, wobei Unterschiede, Vor- und Nachteile sowie theoretische und technische Grenzen erforscht werden sollen.

Assistent: Mehmet Nebioglu
Institut: 1.PI
Raum: 3.519a
Tel.: 64941
E-Mail: mehmet-ali.nebioglu (at) pi1.physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.550    Telefon: 64813

Ultraschallverfahren haben vor allem in der zerstörungsfreien Materialprüfung und in der medizinischen Diagnostik große Bedeutung.
Im Versuch wird die Ausbreitung, Reflexion, Dämpfung und Dispersion von Schallwellen in Flüssigkeiten und Festkörpern untersucht. Bei verschiedenen Frequenzen werden mit dem Puls-Echo-Verfahren Materialfehler in einem Probekörper untersucht, die Schallgeschwindigkeit von longitudinalen und transversalen Schallwellen in Aluminium bestimmt, und die Dispersion von Lambwellen gemessen.

Assistent: Ristok, Simon
Institut: 4.PI
Raum: 4-555
Tel.: 60517
E-Mail: s.ristok (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.572    Telefon: 64848

Die Spektren verschiedener Präparate werden detektiert und die unterschiedlichen Anteile anhand von Eichspektren interpretiert. Aus Absorbermessungen wird der lineare Absorptionskoeffizient von Blei und Aluminium bestimmt. Dieser Koeffizient ergibt sich als Summe aus den verschiedenen Wechselwirkungsmechanismen von γ-Strahlung mit Materie wie zum Beispiel Photoeffekt, Comptoneffekt und Paarbildung.
Es werden die Eigenschaften von Proportionalzählrohr und Szintillationszähler miteinander verglichen. Außerdem werden mit einem γ-Detektor dosimetrische Messungen an einem 60Co-Präparat durchgeführt und daraus die maximal zulässige Aufenthaltsdauer an einem belasteten Arbeitsplatz berechnet.

Stichworte:
γ-Strahlung (Entstehung, Detektion, Wechselwirkung mit Materie), Zählrohr, Szintillationszähler, Multichannelanalyser, dosimetrische Grundbegriffe, biologische Strahlenwirkung

Assistent: Walter, Ramon
Institut: 4PI
Raum: 4-314
Tel.: 64956
E-Mail: r.walter (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.909    Telefon: 64871

Quantum Analogs ist ein akustisches Experiment zur Vermittlung der Wellenmechanik. Die Basis des Experiments ist die Analogie zwischen der mathematischen Beschreibung eines Elektrons im Potential (Schrödinger-Gleichung) und dem Verhalten normaler Schallwellen in Luft (Helmholtz-Gleichung). Der große Vorteil akustischer Experimente ist dabei, dass Schall-Phänomene auf einer dem Menschen gut zugänglichen Zeit- und Längenskala erscheinen.
Der experimentelle Aufbau erlaubt es, akustische Analogien zu ein- und dreidimensionalen quantenmechanischen Systemen zu untersuchen. Untersucht werden einmal die akustischen Analogons zum Wasserstoff-Atom und Wasserstoff-Molekül und zum Anderen die Dispersion in eindimensionalen "akustischen Halbleitern".

Stichworte:
Schrödinger-Gleichung, Wasserstoffatom, Wasserstoffmolekül, Bragg-Bedingung, Bandlücke, reziproker Raum, Dispersionsrelation, Brillouin-Zone, reduziertes Zonenschema

Assistent: Schmid, Michael
Institut: 4.PI
Raum: 4-455
Tel.: 60519
E-Mail: m.schmid (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.543    Telefon: 64867

In dem Versuch wird ein einfacher He-Ne-Gaslaser für verschiedene Auskoppelspiegel justiert und zwei transversale Moden werden ausgemessen. Der Stabilitätsbereich verschiedener Resonatoranordnungen wird bestimmt und die Laserverstärkung ermittelt. Außerdem wird der axiale Verlauf des Laserstrahls durch eine Linse auf eine CCD-Kamera abgebildet und ausgemessen.
Weiter wird der Laser als monochromatische Lichtquelle für Interferenzspektroskopie an unbekannten Beugungsobjekten benutzt. Anhand der fotografischen Aufnahmen der Beugungsbilder wird die Struktur der Objekte analysiert.
Die axialen Moden eines He-Ne-Lasers werden mit Hilfe eines Fabry-Pérot-Interferometers untersucht. Weiterhin werden die schmalbandigen Lasermoden dazu benutzt, um die instrumentelle Bandbreite des Interferometers zu bestimmen.
Schließlich wird mittels des kohärenten Laserlichts ein optisches Hologramm aufgenommen.

Stichworte:
Laserbedingung, Lasertypen, 2-, 3-, 4-Niveaulaser, stimulierte und spontane Emission, Absorption, Linienverbreiterungsmechanismen, Beugung an periodischen Strukturen, Fouriertransformation, free spectral range, finesse, axiale und transversale Moden, Fabry-Pérot-Interferometer, Holografie

Assistent: Lang, Nicolai
Institut: ITPIII
Raum: 5.556
Tel.: 65215
E-Mail: nicolai (at) itp3.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.921    Telefon: 64876

Teilchenfallen erlauben Experimente an einzelnen Atomen oder Ionen. Sie bieten damit faszinierende Möglichkeiten sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Entwicklung neuer Technologien. Durch die Vergabe des Nobelpreises für die Entwicklung des Quadrupol-Massenfilters, an Wolfgang Paul, Hans Georg Dehmelt und Norman Ramsey im Jahr 1989 wurde die Bedeutung dieser Fallen für die Wissenschaft gewürdigt.
Der Versuch „Paul-Falle“ gibt Einblicke in das Grundprinzip der Speicherung von geladenen Teilchen. Dabei werden im Experiment folgende Punkte untersucht: das Stabilitätsdiagramm einer Ionenfalle, das Ladungs-zu-Masse Verhältnis der gespeicherten Teilchen sowie die Bildung von Pseudokristallen in der Falle.

Assistent: Defrance, Josselin
Institut: 4.PI
Raum: 4-516
Tel.: 65188
E-Mail: j.defrance (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.939    Telefon: 64864

Beim Messen liegt die gesuchte Information meist in einem zeitabhängigen Spannungssignal V(t) vor, also in der Zeitdomäne. Mit einen Oszilloskop lassen sich diese Signal graphisch darstellen. Oft ist die gesuchte Information aber frequenz-codiert, man interessiert sich also nur für bestimmte Frequenzinhalte. Mit Hilfe eines Spektrum Analysators können die Signale in der Frequenzdomäne sichtbar gemacht werden.
Im Versuch werden am Beispiel einfacher physikalischer Versuche (akustischer Resonator, gekoppelte Pendel, Förster-Sonde) die vielfältigen Möglichkeiten der Fouriermethoden veranschaulicht. Wo das Oszilloskop nur Rauschen sieht, kann man im Fourierraum auch noch Signale detektieren, die sich in der Amplitude um den Faktor 104 unterscheiden. Daneben eignet sich ein Spektrum Analysator hervorragend zur Analyse von amplituden- oder frequenzmodulierten Signalen oder der Charakterisierung von Nichtlinearitäten.

Assistent: Kühn, Maximilian
Institut: MPI-FKF
Raum:
Tel.:
E-Mail: m.kuehn (at) fkf.mpg.de

Versuch:
Raum: 1.905    Telefon: 64869

Der Hall-Effekt ist eine wichtige Methode zur Charakterisierung der Kenngrößen von Metallen und Halbleitern. Die wichtigsten elektrischen Kenngrößen eines Halbleiters sind die Beweglichkeit, die Ladungsträgerdichte und die Bandlücke.
Im Versuch wird die Hall-Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Magnetfeld und dem Längsstrom an dotierten und undotierten Ge-Proben gemessen. Daraus lassen sich dann die relevanten Parameter wie Bandlücke, Elektronen- und Löcherbeweglichkeit sowie deren jeweilige Dichte ableiten.

Stichworte:
Bandstruktur eines Halbleiters, Leitungsphänomene in Halbleitern, Ladungsträgerbeweglichkeit eines Elektronengases, Streuung und Relaxation, Dotierung, Magneto-Transport und Hall-Effekt

Assistent: Defrance, Josselin
Institut: 4.PI
Raum: 4-516
Tel.: 65188
E-Mail: j.defrance (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.939    Telefon: 64864

Beim Messen liegt die gesuchte Information meist in einem zeitabhängigen Spannungssignal V(t) vor, also in der Zeitdomäne. Mit einen Oszilloskop lassen sich diese Signal graphisch darstellen. Oft ist die gesuchte Information aber frequenz-codiert, man interessiert sich also nur für bestimmte Frequenzinhalte. Mit Hilfe eines Spektrum Analysators können die Signale in der Frequenzdomäne sichtbar gemacht werden.
Im Versuch werden am Beispiel einfacher physikalischer Versuche (akustischer Resonator, gekoppelte Pendel, Förster-Sonde) die vielfältigen Möglichkeiten der Fouriermethoden veranschaulicht. Wo das Oszilloskop nur Rauschen sieht, kann man im Fourierraum auch noch Signale detektieren, die sich in der Amplitude um den Faktor 104 unterscheiden. Daneben eignet sich ein Spektrum Analysator hervorragend zur Analyse von amplituden- oder frequenzmodulierten Signalen oder der Charakterisierung von Nichtlinearitäten.

Assistent: Qi Ai
Institut: 4. Physikalisches Institut
Raum: 4-511
Tel.: 64962
E-Mail: q.ai (at) pi4.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.535    Telefon:

Plasmonen, die kollektiven Anregungen der Leitungselektronen in Metallen, sind longitudinale Schwingungen und können im Volumen deshalb mit Licht nicht angeregt werden. Dagegen lassen sich Oberflächenplasmonen unter bestimmten Bedingungen an Dielektrika/Metall-Grenzflächen anregen. Eine gängige Methode hierfür ist die Prismenkopplung nach Kretschmann. Aufgrund ihrer extremen Empfindlichkeit gegenüber kleinsten Brechungsindexänderungen wird die daraus entwickelte Oberflächenplasmonen-Resonanzspektroskopie heute vor allem in der Sensorik und in Lab-on-a-chip Technologien angewendet. Im ersten Teil des Versuchs wird die Dispersion der Oberflächenplasmonen gemessen, im zweiten Teil dann mit Hilfe einer speziellen Lock-In-Technik die druckabhängige Brechungsindexänderung von Stickstoff bestimmt.
Stichworte: Drude-Modell, Volumen-, Oberflächen-, Partikelplasmonen, Dispersionsrelation von Oberflächenplasmonen, Lock-In Verstärker, Druckabhängigkeit Brechungsindex von Gasen.

Assistent: Zentile, Mark
Institut: 5.PI
Raum: 3.111
Tel.: 60946
E-Mail: mzentile (at) pi5.physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.518    Telefon:

In dem Versuch werden Kolloidpartikel mit Hilfe einer optischen Pinzette gefangen und untersucht. Kolloide sind mesoskopische Teilchen mit einer Größe zwischen 10 nm bis 10 µm. Als Modellsysteme eignen sie sich hervorragend zur Untersuchung von kollektivem Verhalten, wie z.B. Phasenübergängen oder Diffusion. Im Versuch wird der „random walk“ einzelner freier und gefangener Kolloidteilchen mit Videotechnik analysiert und daraus die Diffusionskonstante und das Potential, in dem die Teilchen gefangen sind, bestimmt. Außerdem kann aus der Maximalgeschwindigkeit, bei der die Teilchen gerade noch im Potential gehalten werden, direkt die Stokesche Reibung der Kolloidpartikel in der Flüssigkeit bestimmt werden.

Assistent: Träger, Nick-Andre
Institut: MPI-IS
Raum: 4E 06
Tel.: 689-1803
E-Mail: traeger (at) is.mpg.de

Versuch:
Raum: 1.933    Telefon: 64861

Die dynamische Lichtstreuung ist ein Standardverfahren zur Bestimmung des Molekülradius von Polymeren, Biopolymeren und Proteinen. Wenn Licht auf kleine Partikel trifft, wird es in alle Richtungen gestreut. Dies trifft auch auf kleine Partikel in Lösungen zu. Ist das Licht monochromatisch und kohärent interferiert das Licht verschiedener Streuzentren miteinander, es entsteht ein Speckle-Muster. Bewegen sich die Partikel aufgrund der Brown’schen Molekularbewegung zueinander, so führt dies auch zu kleinen Fluktuationen in der Streuintensität, da sich die Abstände der Streuzentren zueinander ständig ändern. Werden diese zeitlichen Fluktuationen analysiert, wird damit eine Information über die Geschwindigkeit erhalten, mit der sich die Teilchen in Lösung bewegen. Daraus wiederum lässt sich ein Diffusionskoeffizient ermitteln, aus dem sich nach der Stokes-Einstein-Beziehung der Radius berechnen lässt. Im Versuch werden als „Alltagsbeispiel“ Ouzo-Wasser-Gemische untersucht. Mischt man Ouzo mit Wasser, fallen kleine Anisöl-Tröpfchen aus, das Gemisch wird milchig. Die Größe der Töpfchen wird in Abhängigkeit von der Wasserkonzentration bestimmt und mit Messungen an Polystyrol-Partikeln bekannter Größe verglichen. Stichworte: Kohärenz, Speckle, Stokes-Einstein-Beziehung, Autokorrelation, Ouzo-Effekt, Dynamische Lichtstreuung

Assistent: Groß, Felix
Institut: MPI-IS
Raum: 4E 04
Tel.: 689-1802
E-Mail: fgross (at) is.mpg.de

Versuch:
Raum: 1.519    Telefon: 64867

In der Ellipsometrie wird die Änderung des Polarisationszustands von Licht bei der Reflexion (oder Transmission) an einer Probe bestimmt. Sie ist ein Standardverfahren zur Messung der dielektrischen Eigenschaften einer Probe und zur Bestimmung von Schichtdicken. Der Zusammenhang zwischen komplexer Permittivität der Probe und der gemessenen Polarisationsänderung folgt dabei aus den Fresnel-Gleichungen. Im Praktikumsversuch werden verschiedene Proben unter unterschiedlichen Einfallswinkeln im sichtbaren Bereich mit einem einfachen Null-Ellipsometer untersucht und die Ergebnisse anschließend analysiert. Neben der komplexen Permittivität (ε1 und ε2) wird auch die Schichtdicke einer einfachen Schichtstruktur bestimmt. Stichwörter: Polarisation, LC-Retarder, Null-Ellipsometrie, Fresnel-Gleichungen, komplexe Permittivität

Assistent: Zentile, Mark
Institut: 5.PI
Raum: 3.111
Tel.: 60946
E-Mail: mzentile (at) pi5.physik.uni-stuttgart.de

Versuch:
Raum: 1.518    Telefon:

In dem Versuch werden Kolloidpartikel mit Hilfe einer optischen Pinzette gefangen und untersucht. Kolloide sind mesoskopische Teilchen mit einer Größe zwischen 10 nm bis 10 µm. Als Modellsysteme eignen sie sich hervorragend zur Untersuchung von kollektivem Verhalten, wie z.B. Phasenübergängen oder Diffusion. Im Versuch wird der „random walk“ einzelner freier und gefangener Kolloidteilchen mit Videotechnik analysiert und daraus die Diffusionskonstante und das Potential, in dem die Teilchen gefangen sind, bestimmt. Außerdem kann aus der Maximalgeschwindigkeit, bei der die Teilchen gerade noch im Potential gehalten werden, direkt die Stokesche Reibung der Kolloidpartikel in der Flüssigkeit bestimmt werden.

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