Versuchsangebote und Buchung

Die Versuche im Modul „Physikalisches Experimentieren 2“ sind in vier Gruppen (A – D) aufgeteilt, unter denen Sie mit Einschränkungen frei wählen dürfen.

Das Versuchsmaterial zu den einzelnen Experimenten (u.a. die Versuchsanleitungen) können Sie über StudOn herunterladen.

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Derzeit werden die folgenden Versuche angeboten:

BSc Gruppe A (nicht für Studierende der Materialphysik)

In diesem Experiment lernen Sie, die innere elektronische Struktur und die Reinheit einer Probe zu bestimmen. Am Beispiel der Messung einer Kupfersulfatprobe begegnen Ihnen die Themen: elektronischer Aufbau eines Kristalls, Versuchsplanung (Kalibrierung, Überprüfung von Resultaten und notwendige Anzahl der Messungen), Analyse der Daten auf statistische und systematische Unsicherheiten und die Grenzen der Standardausrüstung für Physiklabore.

In this experiment, you will learn how to determine the internal electronic structure and the purity of a probe. Taking the measurement of a copper sulfate probe as an example, you will encounter the topics of: electronic structure of a crystal, planning an experiment (calibration, cross-checking and necessary number of measurement), analysing the data for statistical and systematic uncertainties, and the limitations of standard physics lab equipment.

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Standort: Physikalisches Institut – Laborgebäude, Raum 133

In diesem Versuch werden Gamma-Quanten nachgewiesen, die durch natürliche radioaktive Prozesse erzeugt werden. Die Messdaten werden als Energieverteilung (Spektrum) dargestellt und analysiert. Die Form dieser Spektren hängt sowohl vom Messinstrument (Detektor) ab, als auch von der verwendeten Quelle der Gamma-Strahlung. Als Messinstrumente dienen ein NaJ-Szintillationsdetektor und ein Ge-Halbleiterdetektor. Ziel dieses Praktikumversuchs ist es, eine fundierte Kenntnis der physikalischen Prozesse, die während des Detektionsvorgangs ablaufen, zu vermitteln.

In this experiment gamma-quanta are detected which are generated by natural radioactive processes. The measured data is displayed and analyzed as an energy distribution (spectrum). The shape of those spectra depends on the measurement device (detector) as well as on the used gamma-ray source. A NaJ scintillation detector and a Ge semiconductor detector serve as measurement devices. The aim of this advanced laboratory course experiment is to impart a profound knowledge of the physical processes that occur during the detection process.

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Standort: Physikalisches Institut – Laborgebäude, Raum 238

Die koinzidente (gleichzeitige) Messung physikalisch in Bezug zueinander stehender Ereignisse ist ein sehr mächtiges Werkzeug zur Untersuchung von Kern- und Teilchenreaktionen mit zwei (oder mehr) Reaktionsprodukten. Anwendung findet diese Messmethode insbesondere bei Detektoren an Teilchenbeschleunigern, aber auch in der medizinischen Diagnostik in Form der PET (Positron Emission Tomography). Dieser Versuch soll mit den Problemen der Koinzidenzmessung, der dafür benötigten Messelektronik sowie mit der Anwendung (Messung der Elektronen-Positronen-Annihilation in Magnesium) vertraut machen.

The coincident measurement of physically correlated events is a powerful tool for the examination of particle reactions with two (or more) reaction products. This method is used in detector systems at particle accelerators but also for medical imaging techniques such as PET (Positron Emission Tomography). Within this lab course you will deal with the problem of coincident measurements, the necessary electronic components as well as one possible application which is the the measurement of electron positron annihilation in Magnesium.
 

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Standort: Physikalisches Institut – Laborgebäude, Raum 238

In diesem Versuch werden Sie sich mit den verschieden Wechselwirkung von Photonen mit Materialien beschäftigen, insbesondere mit dem Photo- und Comptoneffekt. Das Ziel des Versuchs ist es den Wechselwirkungsquerschnitt fuer diese Interaktionen zu bestimmen. Hierzu werden Sie sich mit radioaktiven Präparaten, Photomultipliern, Koinzidenzmessungen und der dazu benötigten Elektronik und Analyse auseinandersetzen

In this experiment you will study the different interactions of photons with materials, in particular the Photo and Compton effect. The goal of the experiment is to determine the interaction cross section for these interactions. For this purpose you will deal with radioactive preparations, photomultipliers, coincidence measurements and the necessary electronics and analysis.

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Standort: Physikalisches Institut – Laborgebäude, Raum 238

Die Aktivierungsanalyse ist ein kernphysikalisches Messverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Mit ihrer Hilfe gelingt der qualitative und quantitative Nachweis auch geringer Mengen bestimmter Substanzen in den untersuchenden Proben. Hierzu werden durch Bestrahlung, im vorliegenden Fall durch Neutronen aus einer 252Cf-Spaltungsquelle, in der Probe Kernreaktionen ausgelöst, wobei radioaktive Nuklide entstehen, aus deren Aktivität auf Art und Menge der Ausgangselemente geschlossen werden kann.

 

Neutron activation analysis is a nuclear measuring method for non-destructive material testing. With its help, the qualitative and quantitative detection of even small quantities of certain elements is successful in the examined samples. For this purpose, the samples are bombarded by neutrons from 252Cf and 241Am-9Be sources, causing nuclear reactions and as a result radioactive isotopes. From their activity, the nature and amount of the output elements can be concluded.
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Standort: Physikalisches Institut – Laborgebäude, Raum 133

BSc Gruppe B

Mittels Hall-Effekt lassen sich neben der Leitfähigkeit auch der Ladungsträgertyp und die Beweglichkeit der Ladungsträger bestimmen. Durch temperaturabhängige Messung kann man auf Konzentration der Dotierung und deren Aktivierungsenergie schließen. Vorkenntnisse in Python sind wünschenswert.

Using the Hall-Effect, not only conductivity but also charge carrier type and the carriers‘ mobility can be determined. With a temperature dependent measurement one can infer the concentration of doping atoms and their activation energy. Prior knowledge in python programming is preferable.

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.709

Josephson effect is the basis of many modern devices we need for astronomy, material science, quantum computers, and many other applications. In this experiment, we will learn how to prepare a simple Josephson contact and measure it at cryogenic temperatures. Analyzing the results of our measurements, you will be able not only to characterize your contact but to prove important physical concepts, e.g., that quasiparticles, known as Cooper pairs, provide superconductivity.

Der Josephson-Effekt ist die Grundlage vieler moderner Geräte, die wir für Astronomie, Materialwissenschaft, Quantencomputer und viele andere Anwendungen benötigen. In diesem Experiment lernen Sie, wie man einen einfachen Josephson-Kontakt herstellt und ihn bei kryogenen Temperaturen misst. Wenn Sie die Ergebnisse unserer Messungen analysieren, werden Sie nicht nur in der Lage sein, Ihren Kontakt zu charakterisieren, sondern auch wichtige physikalische Konzepte zu beweisen, z. B. dass Quasiteilchen, sogenannte Cooper-Paare, für Supraleitung sorgen.

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Standort: Physikum, B3, Raum U1.586 (Eingang von außen!)

A magnificent phenomenon of superconductivity was discovered more than a hundred years ago, but it is still one of the hottest topics of modern physics. What makes materials superconducting, how superconductivity can be controlled, where superconductivity is used, and where we plan to use it in the future –  all these topics and more will be discussed and investigated during the Superconductivity experiment.

Das großartige Phänomen der Supraleitung wurde bereits vor mehr als hundert Jahren entdeckt, ist aber immer noch eines der brennendsten Themen der modernen Physik. Was Materialien supraleitend macht, wie Supraleitung kontrolliert werden kann, wo Supraleitung eingesetzt wird und wo wir sie in Zukunft einsetzen wollen – all diese Themen und mehr werden während des Supraleitungsexperiments diskutiert und untersucht.

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Standort: Physikum, B3, Raum U1.586 (Eingang von außen!)

In this experiment, the electrical properties, characteristic parameters and the functioning of solar cells are investigated. As solar cells made from crystalline and amorphous silicon are in their function equal to an illuminated p/n-junction, basics models of semiconductor physics are to be developed throughout the experiment.

In diesem Experiment werden die elektrischen Eigenschaften, Kenngrößen und die Funktionsweise von Solarzellen untersucht. Da Solarzellen aus kristallinem und amorphem Silizium in ihrer Funktion einem beleuchteten p/n-Übergang entsprechen, sollen im Verlauf des Experiments grundlegende Modelle der Halbleiterphysik erarbeitet werden.

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.705

Mit der Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von Strukturen auf atomarer Skala eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten. Durch das Erschlieÿen dieser „Nano-Elektronik“ werden neuartige Bauelemente, die auf quantenmechanischen Eigenschaften beruhen, möglich. Außerdem eröffnen sich neue Wege in der Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen.
Ein wichtiger Schritt auf dem Weg dorthin ist die Untersuchung des Stromflusses durch einzelne Atome und Moleküle, in diesem Versuch durch atomar feine Gold-, und Kupfer-Kontakte. Mit einem dem Versuch sehr ähnlichem Verfahren werden bei Flüssig-Helium-Temperatur mit atomaren Goldspitzen größere organische Moleküle „eingefangen“ und deren elektrische Eigenschaften untersucht. Mit dem daraus resultierenden Wissen ist es dann möglich, Moleküle als z.B. Dioden oder Transistoren maßzuschneidern.

By examining the electrical properties of structures on an atomic scale, completely new p ossibilities arise. Looking into this field of ’nano-electronics‘ new devices based on quantum-mechanical properties seem to come within reach. Addidionally potential for further miniaturisation of circuits is unlocked. An important step in this direction is the investigation of current flowing through single atoms and molecules, in the case of this experiment these are atomically thin gold, copper and platinum contacts. In procedures very similar to this experiment, larger organic molecules are ‚trapped‘ at liquid helium temperatutres by atomic gold tips in order to examine their electronical properties. The knowledge gained can then help to tailor molecules to be used as diods, transistors and so on.

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.709

BSc Gruppe C

Die Beugung langsamer Elektronen mit einer DeBroglie-Wellenlänge im Ångströmbereich  ist eine etablierte Methode der Oberflächenphysik zur Untersuchung von Struktur und Ordnung von Einkristalloberflächen, welche im Allgemeinen von der des Volumens abweicht. Die Position der Beugungsreflexe auf dem Schirm ergibt die Periodizität der Oberflächenmasche und ihre Intensität enthält alle Informationen über die kristallographische Struktur der Einheitszelle. Im Versuch präparieren und vermessen Sie im Ultrahochvakuum die Oberflächenstruktur eines unbedeckten Ir(100) Kristalls sowie verschiedene Adsorptionsphasen.

Low Energy Electron Diffraction (LEED) using electrons with a wavelength of the order of Ångströms is a well-established method in surface science to investigate the structure and ordering of single crystal surfaces, which usually deviate from that of the bulk. The position of diffraction spots gives the periodicity of the surface unit mesh and their intensities contain all information about the full crystallographic structure of the unit cell. During the experiment you will prepare and analyse in ultra-high vacuum the surface structure of a clean Ir(100) crystal as well as some adsorption phases.

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.707

Werden Festkörperoberflächen mit Elektronen bestrahlt, dann kommt es zu vielfältigen Anregungen insbesondere des Elektronensystems (Rumpflochanregung, Inter- und Intrabandanregung, Plasmonen), welche einen charakteristischen Energieverlust des anregenden Elektrons hervorrufen. Erzeugte Rumpflöcher können nicht-strahlend relaxieren über den Augereffekt, bei dem die Überschussenergie durch Aussendung eines weiteren Elektrons (Augerelektron) abgeführt wird, dessen Energie charakteristisch für des emittierende Element und gegebenenfalls seinen Bindungszustand ist. Im Versuch lernen Sie anhand der Aufnahme und Auswertung von Elektronenspektren nicht nur wichtige Methoden der Oberflächenanalyse kennen, sondern auch allgemeine Grundsätze der Spektrometrie und der Messung differenzierter Größen mit einen Lock-In-Verstärker kennen.

Electron irradiation of solid surfaces leads to numerous excitations in particular of the solid’s electronic system (core holes, inter- and intraband transitions, plasmons) leading to a characteristic energy loss of the exciting electron. Created core holes can relax non-radiative via the Auger effect, whereby the excess energy is released by emission of a further electron (Auger electron), whose energy is characteristic for the emitting element and partly also for its particular binding state. By measuring and evaluating electron spectra in this experiment you will not only get to know important methods of surface chemical analysis, but also obtain a basic understanding of spectrometry and lock-in technique to measure differentiated signals.

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Standort: Physikum, B3, Raum U1.587 (Eingang von außen!)

Thermische und elektrische Leitfähigkeit, Festigkeit und optische Eigenschaften kristalliner Festkörper werden maßgeblich durch die Symmetrie ihres dreidimensional periodischen Aufbaus bestimmt. Nur wenige Verfahren erlauben jedoch den Einblick in das „Innere“ eines Kristalls. Röntgenbeugungsverfahren liefern hier ein probates Mittel zur Bestimmung der Symmetrie eines kristallinen Festkörpers. Anhand von optischen- und Röntgenbeugungsverfahren bekommen Sie einen Einblick in die Symmetrie eines Einkristalls und lernen den Begriff des „reziproke Gitters“ zu verstehen.

Thermal and electrical conductivity, strength and optical properties of crystalline solids are largely determined by the symmetry of their three-dimensional periodic structure. However, only a few methods allow insight into the „inside“ of a crystal. X-ray diffraction techniques provide an effective means of determining the symmetry of a crystalline solid. Using optical and X-ray diffraction techniques, you will gain insight into the symmetry of a single crystal and learn to understand the concept of a „reciprocal lattice“.

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Standort: Kristallographie-Neubau, Raum 1.027

Das Rastertunnelmikroskop (RTM) erlaubt die Untersuchung von leitenden Probenoberflächen auf atomarer Skala (Abbilden und Manipulieren einzelner Atome!) und hat die Oberflächenphysik revolutioniert. In diesem Versuch haben Sie die Gelegenheit, dieses Instrument kennen zu lernen und an Graphit Messungen durchzuführen. Dabei werden sowohl topographische als auch elektronische Eigenschaften untersucht.

The scanning tunneling microscope (STM) allows the investigation of conducting sample surfaces on an atomic scale (imaging and manipulating single atoms!) and has revolutionized surface physics. In this experiment, you will have the opportunity to learn about this instrument and perform measurements on graphite. Both topographic and electronic properties will be investigated.

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.567

The atomic force microscope (AFM) is a crucial analysis instrument in modern nanotechnology. Surface properties like topography, elasticity or adhesion can be determined by AFM measurements on microscopic scales. The AFM was invented in 1986 by Binning and Rohrer (IBM research lab Zürich and Stanford University). Like the scanning tunnelling microscope (STM) the AFM belongs to the family of the scanning probe methods. All members of this family have the same basic working principle: A microscopic probe scans over a surface
and interacts with it. By recording a measurement parameter, which is related to the interaction between tip and surface, a local map of the surface properties is created.
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Standort: Physikum, B2, Raum 00.567

BSc Gruppe D (nicht für Studierende der Materialphysik)

In diesem Versuch lernt man die Theorie eines Michelson Interferometers kennen und wendet dieses Wissen im praktischen Versuch an, indem das Spektrum verschiedener Lichtquellen (LED, Halogenlampe, Handytaschenlampe/display) mit dem Interferometer gemessen werden. Zudem wird praktisch dargestellt, wie mit Hilfe des Interferometers Schwebung herbeigeführt werden kann. Um die Fourier-Interferometrie zu bewerten, werden einige Lichtquellen ebenfalls mit der Prismen-Spektroskopie untersucht, sodass als Ergebnis ein Vergleich beider Methoden resultiert.

In this experiment you will learn the theory of a Michelson interferometer and apply this knowledge in a practical experiment by measuring the spectrum of different light sources (LED, halogen lamp, cell phone flashlight/display) with the interferometer. In addition, it is practically demonstrated how beat can be induced with the help of the interferometer. In order to evaluate the Fourier interferometry, some light sources are also examined with the prism spectroscopy, so that as a result a comparison of both methods results.

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.703

Im Praktikum wird (partiell) kohärentes Licht genutzt, das an einer rauen Oberfläche gestreut wird. Das durch Interferenz entstehende Speckle-Muster wird in verschiedenen Versuchskonfigurationen analysiert. Dabei wird über die grundlegenden Eigenschaften von Speckle hinaus auch auf deren Auftreten im Alltag sowie in technischen Anwendungen eingegangen.

In the lab course, (partially) coherent light is scattered on a rough surface. The speckle pattern resulting from interference is analyzed in various test configurations. In addition to the basic properties of speckle, its occurrence in nature as well as in technical applications is examined.

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.703

The aim of this experiment is the measurement of temporal and spatial correlations of different light sources. Objects of interest are a HeNe-laser and pseudothermal light, which
is generated by scattering of a laser beam on a rotating ground glass disc.
 

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Standort: Mehrzweckgebäude 105, Raum 0.156

In einer photonischen Kristallfaser wird aus infrarotem, gepulstem Laserlicht ein Superkontinuum erzeugt. Dieses wird anschließend spektral untersucht. Es wird ein grundlegendes Verständnis für nichtlineare Optik vermittelt und eine Einführung in aktuelle Experimentier- und Labortechniken in der Optik gegeben.

A supercontinuum is generated in a photonic crystal fiber and then examined spectrally. A basic understanding of nonlinear and ultrafast optics is provided.

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.616

The goal of this experiment is that you get familiar with the procedures of alignment of a Nd:YAG laser system as well as with its main physical properties.

During this lab course you will

  • collimate properly the output of the pumping diode.
  • study the characteristics current vs. output intensity of the diode in order to calibrate it.
  • measure the lifetime of the upper level of the YAG crystal.
  • learn how to align the Fabry-Perot cavity of the Nd:YAG laser.
  • control the validity of the domain of stability and observe the different spatial modes that can be produced.
  • observe the spiking of the laser.
  • measure the power-dependence of the second harmonic generated intra-cavity.
  • generate pulses using passive Q-switch

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Standort: Physikum, B2, Raum 00.602

Ziel dieses Versuchs ist die Vermittlung der theoretischen und experimentellen Grundlagen eines HeNe-Lasers. Im Versuch wird zunächst ein HeNe-Laser aus Einzelteilen zusammengebaut, wobei vor allem die Justage optischer Elemente eine große Rolle spielt. Mit Hilfe verschiedener Methoden werden anschließend die Eigenschaften des Lasers untersucht, wie z.B. die Stabilität des Resonators, die Strahlform sowie das Spektrum des emittierten Lichts.

The aim of this experiment is to gain knowledge of the theoretical and experimental basics of a Helium-Neon-Laser. A HeNe-Laser is set up out of components where especially the correct adjustment of the optical elements is of great importance. Using different methods the properties of the laser are examined like the stability of the resonator, the shape of the beam as well as the spectrum of the emitted light.

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Standort: Mehrzweckgebäude 105, Raum 0.156