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Raman- Spektroskopie SEMINAR ZUR EINFÜHRUNG IN EXPERIMENTELLE METHODEN DER FESTKÖRPERPHYSIK.

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Präsentation zum Thema: "Raman- Spektroskopie SEMINAR ZUR EINFÜHRUNG IN EXPERIMENTELLE METHODEN DER FESTKÖRPERPHYSIK."—  Präsentation transkript:

1 Raman- Spektroskopie SEMINAR ZUR EINFÜHRUNG IN EXPERIMENTELLE METHODEN DER FESTKÖRPERPHYSIK

2 Agenda 1.Historisches 2.Raman-Streuung 3.Raman-Spektrometer 4.Raman-Spektroskopie von Graphen 5.Vergleich mit IR-Spektroskopie 2

3 1. Historisches

4 Historisches Sir Chandrasekhara Venkata Raman * 1888 in Tiruchirappalli (Indien) † 1970 in Bangalore (Indien) 1929 Ritterschlag 1930 Nobelpreis für Physik 4 “for his work on the scattering of light and for the discovery of the effect named after him“

5 2. Raman- Streuung

6 Arten der Raman- Streuung 6 Inelastische Streuung von sichtbarem Licht an: Phononen Elektronen Magnonen

7 Streuung an Phononen 7

8 Stokes und Anti-Stokes I 8 Stokes-ProzessAnti-Stokes-Prozess Phonon wird erzeugt Verschiebung zu größerem λ Phonon wird vernichtet Verschiebung zu kleinerem λ

9 Stokes und Anti-Stokes II 9

10 Mathematische Beschreibung 10

11 Dispersionsrelationen 11

12 Anwendungen Kohlenstoff und Diamant: Qualitätskontrolle, Chiralität von Nanotubes, Dickenmessung von Graphen Pharmazie: Kontrolle im Produktionsprozess Halbleiter: Dopinglevel, Kristallqualität Kunst: Pigmentanalyse von Fresken Archäologie: Analyse ägyptischer Mumien Forensik: Identifikation unbekannter Materialien 12

13 3. Raman- Spektrometer

14 Aufbau 14 Laser mit sichtbarem Licht ND-Filter: neutral-density (Verringerung der Laser-Intensität) Edge-Pass: Unterdrückt Rayleigh und Anti- Stokes Gelb: LED-Pfad zum Fokussieren Grün: Laserpfad Photodiode für Autofokus

15 4. Raman- Spektroskopie von Graphen

16 Graphen allgemein 16 Gitterkonstante: a = 1,44Å alle Atome sp 2 -hybridisiert außergewöhnliche mechanische, chemische und elektrische Eigenschaften

17 Primitive Einheitszelle 17 2 Atome pro Einheitszelle → 3 optische Phononezweige → 3 akustische Phononezweige

18 Aktive Raman-Moden in Graphen 18 Nicht alle Linien die laut Impuls- und Energieerhaltung erlaubt sind, sind beobachtbar Voraussetzung: Kopplung zwischen Phononen und Photonen Photonen rufen Polarisation der schwingenden Atome hervor Gitterschwingungen modulieren diese Polarisation → Aktive Raman-Mode

19 Raman-Spektrum von Graphen 19 D: Diamond-Peak G: Graphite-Peak 2D: Doppelte Raman-Verschiebung wie D

20 Dirac-Cones I 20 D-Band: Intervalley-Prozess D‘-Band: Intravalley-Prozess

21 Dirac-Cones II 21 Zwei mögliche Prozesse für 2D-Band → doppelt resonanter intervalley-Prozess → sehr hohe Intensität → doppelte Raman-Verschiebung als D-Peak da 2 iTO-Phononen beteiligt

22 Single- und Multilayer Graphen 22

23 Doping 23 Intensität des 2D-Peaks sinkt mit steigendem Doping G-Peak in Richtung größerer Raman-Verschiebung verschoben

24 5. Vergleich mit IR- Spektroskopie

25 Vergleich mit IR- Spektrometer IR-SpektroskopieRaman- Spektroskopie Physikalische GrundlageAbsorptionStreuung Anregung der Schwingungen polychromatische Strahlung im IR-Bereich monochromatische Strahlung (ν 0 ) im sichtbaren Bereich Frequenzmessungabsolutrelativ zu ν 0 Bedingung für Aktivität einer Mode Änderung des Dipolmoments Änderung der Polarisierbarkeit NutzungRoutinemessungen, Messungen von Gasen Messung von wässrigen Lösungen, Einkristallen, Polymeren 25

26 Quellen Drieschner, Simon: Growth of Graphene by Chemical Vapor Deposition, Garching: WSI 2013 Hunklinger, Siegfried: Festkörperphysik, München: Oldenbourg, 2007 Devereaux, T.; Hackl, R.: Inelastic light scattering from correlated electrons, Review of modern Physiks, Vol. 79, 2007 Kim, Youngsoo: Vapor-Phase Molecular Doping of Graphene for High- Performance Transparent Electrodes, Seoul: n-facts.html, (Stand: ) n-facts.html die-entdecker-von-graphen/, (Stand: )http://scienceblogs.de/diaxs-rake/2010/10/10/nobelpreis-2010-fur- die-entdecker-von-graphen/ 26

27 Quellen (Stand: )http://de.wikipedia.org/wiki/Graphen (Stand: )http://www.wmi.badw.de/methods/raman.htm Malard, L.M.: Raman Spectroscopy in Graphene, Physiks Reports 473 (2009) (Stand: )http://www.uni-erlangen.de/infocenter/meldungen/2009/forschung/21.shtml 27


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