66-360 Methoden moderner Röntgenphysik I - Spektroskopie

Lehrende: PD Dr. Ivan Baev; Dr. Martin Beye; PD Dr. Michael Martins

Veranstaltungsart: Vorlesung

Anzeige im Stundenplan: Röntgenphysik

Semesterwochenstunden: 4

Unterrichtssprache: Deutsch

Min. | Max. Teilnehmerzahl: 5 | -

Weitere Informationen:
Die Röntgenphysik beschäftigt sich im Allgemeinen mit der Wechselwirkung von kurzwelliger, elektromagnetischen Strahlung mit Materie, wie Atomen, Molekülen oder aber auch komplexen Festkörpern. Sie erlaubt in Materie das Unsichtbare, sichtbar zu machen. Die Röntgenstrahlung selbst überstreicht dabei einen sehr großen Wellenlängenbereich von ca. 100 nm bis hin zu 0.01 nm. Damit ist es möglich Materie bzgl. der unterschiedlichsten Eigenschaften zu studieren um z.B. zu "sehen", wo die Atome oder die Elektronen sind. Weiterhin ist es mit Röntgernstrahlung möglich unterschnelle dynamische Prozesse, wie z.B. chemische Reaktionen zeitaufgelöst zu untersuchen.  
Die Besonderheit von Röntgenstrahlung besteht dabei insbesondere darin, dass mit ihr innere Elektronenschalen von Atomen angeregt werden können und somit eine Element- und Ortsspezifische Analyse komplexer Systeme durchgeführt  werden kann. 

Im Rahmen der Vorlesungen werden sowohl die Grundlagen moderner Röntgenphysik erarbeitet, beginnend mit den verschiedene Röntgenquellen wie modernen Synchrotrons und freie Elektronen Lasern als auch verschiedene experimentelle Methoden wie Röntenabsorptions- und Photoelektronenspektroskopie und verschiedene Beispiele diskutiert. Die Beispiele kommen aus den Bereichen der Atom- und Molekül- als auch der Festkörperphysik.

Man unterscheidet zwischen harter und weicher Röntgenstrahlung mit der die geometrische bzw. die elektronische Struktur von Materie untersucht wird. Die Untersuchung der elektronischen Struktur mit spektroskopischen Methoden ist dabei der Schwerpunkt dieser Vorlesung, während Beugungsmethoden zur Messung der geometrischen Struktur in einer weiteren Vorlesung im Sommersemester behandelt werden.
 

Kommentare/ Inhalte:
Im einzelnen werden die folgenden Themen behandelt:

1. Quellen für Röntgenstrahlung
   - Synchrotrons und Teilchenbeschleuniger
   - Freie Elektronen Laser
   - Laserbasierte Quelle -- High Harmonic Generation 
   
   
2. Grundlagen der Röntgenphysik
   - Weiche und harte Röntgenstrahlung 
   - Röntgenbeugung und Streuung 
   - Innerschalenprozesse 
   - Photoionisation 
   - Resonante Anregungen 
   - Auger Prozess 
   
   
3. Experimentelle Methoden 
   - Röntgenspektroskopie 
   - Photoelektronenspektroskopie, ESCA 
   - Absorptionsspektroskopie 
   - Röntgenoptik 
   - Kohärenz basierte Techniken 
   
   
4. Anwendungen und Experimente mit Röntgenstrahlung 
   - FLASH und European XFEL
   - Halbleiterlithographie 
   
   
5. Röntgenspektroskopie an kleinen Quantensystemen (SQS)
   - Atome- und Moleküle 
   - Cluster
   - Dynamische Prozesse und Molekular Movies 
   
   
6. Röntgenspektroskopie an Festkörpern
   - Photoelektronenspektroskopie zur Aufklärung von Bandstruktutren (ARPES)
   - Magnetische Röntgenspektroskopie
   

Lernziel:
Im Rahmen der Vorlesung sollen Kenntnisse in den folgenden Bereichen erworben werden, die zB zu einer Master-Arbeit im Bereich der Röntgenphysik befähigen sollen

• Erzeugung von hochbrillianter Röntgenstrahlung in modernen Röntgenquellen wie Synchrotrons der dritten Generation (PETRA 3) und freien Elektronen Lasern (FLASH, European XFEL)
  
• Experimentelle Methoden der Röntgenphysik und hier insbesondere spektroskopische Methoden
  
• Grundlagen der Materie - Röntgenstrahlung Wechselwirkung
  
• Ausgewählte Anwendungen von Röntgenstrahlung in der Atom-, Molekül- und Festkörperphysik
  

Vorgehen:
4 st. Vorlesung 
2 st. Übung

Literatur:
- D. Attwood, Soft X-rays and Extreme Ultraviolett Radiation, Cambdridge University Press (2000) 
- K. Wille, Physik der Teilchenbeschleuniger und Synchrotronstrahlungsquellen, Teubner Studienbucher (1996) 

Es wird ein umfangreiches Folienskript in der Vorlesung zur Verfügung gestellt

Zusätzliche Hinweise zu Prüfungen:
In der Regel mündliche Prüfungen