IFB -
Veranstaltung Nr. 11.637
Thema Moderne
Physik: „Atome sehen“
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02.-04. Juni 2004
(Mi. - Fr. in der Pfingstwoche)
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Fachbereich
Physik der TU Kaiserslautern, Bau 46
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3-tägige Fortbildung mit
Praktikum
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Teilnehmer:
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Physiklehrerinnen und
Physiklehrer der Sek. II
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IFB-Referent:
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Dr. W. Böhm / IFB Speyer
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StR
Dr. B. Eckert, Prof. Dr. H. J. Jodl / FB Physik, TU Kaiserslautern
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Primäres Ziel
dieser Reihe (Moderne Physik) ist es, in aktuelle Teilgebiete moderner Physik
einen Einblick in den momentanen Stand der Forschung zu geben; dabei werden
zwei neu eingerichtete Forschungsgruppen vorgestellt: AG Aeschlimann und AG Ziegler.
Seit
der Postulierung der kleinsten nichtteilbaren Einheit, dem Atom, ist es ein
Wunschtraum vieler Naturwissenschaftler, die Atome und deren Anordnung auf
einer Festkörperoberfläche wirklich sehen zu können. Die Unschärferelation
verhindert aber, dass man mit dem Lichtmikroskop eine Auflösung unterhalb von
einem halben Mikrometer erreicht, während Atome nur einen halben Nanometer groß
sind. Heutzutage kann man mit Transmissionselektronenmikroskopen Auflösungen
weit unterhalb der Dimension von einer atomaren Einheit erreichen. Diese
Technik ist aber sehr teuer und aufwendig. Mit dem Rastertunnelmikroskop (STM)
kann man dagegen technisch relativ einfach auf leitenden Oberflächen die
atomare Anordnung sichtbar machen. Weitere revolutionäre
Rastersondenmikrokopieverfahren wie das Rasterkraftmikroskop erlauben es heute,
auch nichtleitende, also z. B. biologische oder keramische Proben atomar
abzubilden. Diese Methoden ermöglichen, aus der Makrowelt bekannte Phänomene
wie z. B. Haftung, Reibung oder Magnetismus auf atomarer Skala zu studieren mit
faszinierenden Folgen für das wissenschaftliche Verständnis, aber auch für die
technische Realisierung von immer kleiner werdenden Bauelementen, Werkzeugen
oder Maschinen.
In diesem Kurs werden verschiedene Methoden vorgestellt und über deren Vor- und Nachteile diskutiert. Hilfen für
die thematische Umsetzung im Unterricht werden vorgestellt. Den Teilnehmern wird auch die
Möglichkeit geboten, die Geräte zu besichtigen und selbst an solchen
Mikroskopen zu arbeiten.
Besonderer
Service:
- Es stehen drei STM der Firma nanosurf
für Schulen zur Ausleihe zur Verfügung!
Voraussetzung ist die Teilnahme an der Fortbildung. Kontakt: Prof. Dr.
Aeschlimann.
- Außerdem
werden die Teilnehmer eine CD-ROM (Vorschau
hier) mit den Vorträgen und Materialien
der Fortbildung erhalten (Unkostenbeitrag 5 EUR).
Links zum Thema ins Internet:
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Gold-Atome
bei wenigen Kelvin auf einer Glas-Oberfläche, aufgenommen
mit einem Rastertunnelmikroskop bei einer atomaren Auflösung von 1.8 nm x 1.8 nm
(Quelle: Omicron).
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 This
STM image shows the direct observation of standing-wave patterns
in the local density of states of the Cu(111) surface. These spatial
oscillations are quantum-mechanical interference patterns caused
by scattering of the two-dimensional electron gas off the Fe adatoms
and point defects. (Quelle: STM
Gallery of IBM Almaden Research Center)
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 Pushed
around: Researchers slid a single molecule of TBPP (above) across
a copper surface and detected its internal motions (Quelle: Physical
Review Focus, Phys. Rev. Lett.
87, 088302 (2001)).
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Programm (Stand: 27. Mai 2004)
Ort: TU Kaiserslautern, Fachbereich Physik (Bau 46), Raum 387-388
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1. Tag: Mi
02.06.
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930 -
945
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Begrüßung, Formales
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(Jodl, Eckert)
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945-1045
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1. Einführung: Mikroskopische Methoden
mit atomarer Auflösung
(Vorschau
* § .pdf 3,7 MB !)
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(Bauer)*
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1045 - 1100
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Pause
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1100 - 1230
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2. Einführung
in das Atomic Force Microscope (AFM)
(Vorschau
* §
pdf 4,6 MB !)
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(Ziegler)
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1230 - 1330
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Mittagessen
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1330 - 1500
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3. Einführung in das Scanning
Tunneling Microscope (STM)
(Vorschau
*
§ pdf 2,9 MB !)
4. Vorstellung des Ausleihgerätes
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(Bauer)*
(
Mering)*
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1500 - 1515
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Pause
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1515 - 1745
1515
- 1645
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5. Laborkurse (1. Runde)
STM
(a)
AFM, TEM, REM(b-d)
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(Mitarbeiter der AGs)
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2. Tag: Do
03.06.
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900 – 1000
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6. Einführung
in das Scanning Near-Field Optical Microscope (SNOM)
(Vorschau
* § pdf 1 MB !)
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(Bauer)
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1000 –
1015
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Pause
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1015 –
1245
1015 –
1145
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7. Laborkurse (2.
Runde)
STM (a)
AFM,
TEM, REM(b-d)
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(Mitarbeiter
der AGs)
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Mittagessen
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1300 - 1530
1330 - 1500
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8. Laborkurse (3. Runde)
STM
(a)
AFM, TEM, REM(b-d)
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(Mitarbeiter der AGs)
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Pause
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1545 - 1815
1545 - 1715
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9. Laborkurse (4. Runde)
STM
(a)
AFM, TEM, REM(b-d)
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(Mitarbeiter der AGs)
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3. Tag: Fr
04.06.
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900 –
1030
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10. Bezug zum Physikunterricht
(Vorschau
*
pdf 2,2 MB !)
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(Eckert)
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1030 -
1045
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Pause
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1045 - 1115
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11. Allgemeine Fragen
und Diskussion zum Thema "Atome sehen"
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(Aeschlimann)
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1115 – 1300
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12. Abschlussdiskussion
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(Jodl, Eckert)
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Die in den Vorträgen integrierten Links und Medien funktionieren
nur in der CD-Version, nicht in der Vorschau!
§
Aus lizenzrechtlichen Gründen können diese Vorträge zum
Download leider nicht mehr bereitgestellt werden.
* Vertretung für Herrn
Aeschlimann, der am Mittwoch dienstlich verhindert ist.
Laborkurse: a) STM,
Ausleihgeräte (AG Aeschlimann: Sept, Mering, Raum 46/308 (Demopraktikum))
b)
AFM, SNOM (AG Ziegler: Schwender, Dautermann, Raum 56/268)
c)
SEM (AG Schmoranzer/Ehresmann: Engel, Raum 46/151)
d)
TEM (IFOS: Brodyanski, Raum 56/365)
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Leiter Laborkurse:
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Dr. A. Brodyanski (IFOS)
Dipl.Phys. Schwender,
TA C.
Dautermann (AG Ziegler)
Dipl.Phys. W. Engel (AG Schmoranzer/Ehresmann)
TA H. Sept, M. Mering (AG Aeschlimann)
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(H. Sept, H. Hick sowie weitere Mitarbeiter der AGs Aeschlimann, Ziegler und Jodl)
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