Spektroskopie Amorpher Und Kristalliner Festkörper

ISBN-13: 9783798510241 / Niemiecki / Miękka / 1995 / 518 str.

Dietrich Haarer; Hans W. Spiess

Opis

Mit Spektroskopie amorpher und kristalliner Festkorper steht ein Lehrbuch zur Verfugung, das die verschiedenen Spektroskopiearten in breiter Darstellung gleichberechtigt behandelt, von den Grundlagen zu den neuesten Entwicklungen hinfuhrt und daruber hinaus das weite Anwendungspotential durch geeignete Beispiele verdeutlicht.
Beginnend mit einem Uberblick uber die Spektroskopie mit elektromagnetischer Strahlung variabler Wellenlange stellt der zweite Teil die Spektroskopie in den groeren Zusammenhang von Methoden zur Bestimmung von Struktur und Dynamik von Festkorpern. Der dritte Teil widmet sich dem wichtigsten Gebiet der Transportvorgange in Festkorpern. Wegen der Fulle und der Komplexitat der behandelten Methoden sind die einzelnen Kapitel von Experten der jeweiligen Teilgebiete geschrieben. Die Unterstutzung fortgeschrittener Vorlesungen, eine Vereinfachung des Zugangs zur Originalliteratur und eine Erleichterung bei der Auswahl der leistungsfahigsten Methode fur konkrete Probleme sind die klaren Vorteile, die das Buch dem Benutzer bietet.

Spis treści

I Spektroskopie mit elektromagnetischer Strahlung variabler Wellenlänge.- 1 NMR-Spektroskopie.- 1.1 Physikalische Grundlagen.- 1.1.1 Klassische Beschreibung.- 1.1.2 Quantenmechanische Behandlung.- 1.2 Typische Experimente und deren Informationsgehalt.- 1.2.1 Hamilton-Operatoren und Spektren.- 1.2.2 Impulsanregung und Spinechos.- 1.2.3 Mehrfachimpulsverfahren und Rotation am magischen Winkel (MAS).- 1.3 Untersuchung dynamischer Prozesse.- 1.3.1 Relaxationsmethoden.- 1.3.2 Detektion langsamer Prozesse durch Linienformänderungen.- 1.3.3 Zweidimensionale NMR-Verfahren.- 1.4 Bestimmung struktureller Parameter.- 1.4.1 Übersicht.- 1.4.2 Morphologieuntersuchung über Spin-Diffusion.- 1.4.3 Molekulare Ordnung.- Ausblick.- Literatur.- 2 ESR-Spektroskopie.- 2.1 Physikalische Grundlagen.- 2.1.1 Zeeman-Aufspaltung und Übergänge beim Spin S = 1/2-System.- 2.1.2 Linienformen.- 2.1.3 Apparative Details, Nachweisempfindlichkeit.- 2.2 Einfache Anwendungen.- 2.2.1 ESR an dem stabilen freien Radikal DPPH.- 2.2.2 ESR an den Leitungselektronen des organischen Leiters (FA)2PF6.- 2.2.3 Hyperfein-, dipolare und Austauschwechselwirkung.- 2.3 Der Spin-Hamilton-Operator der ESR.- 2.3.1 Der Zeeman-Term.- 2.3.2 Die Nullfeldaufspaltung.- 2.3.3 Hyperfein- und Superhyperfeinwechselwirkung.- 2.3.4 Dipolar- und Austauschwechselwirkung.- 2.4 Anwendungsgebiete.- 2.4.1 Stabile magnetische Momente.- 2.4.2 Transiente magnetische Momente.- 2.5 Spezielle experimentelle Techniken.- 2.5.1 ENDOR.- 2.5.2 Overhauser-Verschiebung.- 2.5.3 Ferromagnetische Resonanz.- 2.5.4 Pulsmethoden und Fourier-Transformation.- Literatur.- 3 Infrarot-Fourier-Transform-Spektroskopie.- 3.1 Einführung.- 3.2 Allgemeine Aspekte der FTS.- 3.2.1 Grundlegende Theorie der FTS.- 3.2.2 Auflösungsvermögen und Apodisation.- 3.2.3 Die digitale Analyse. Sampling.- 3.2.4 Ausführung der Fourier-Transformation.- 3.2.5 Fehlerquellen bei der FTS.- 3.2.6 Das Rauschen bei der FTS.- 3.2.7 Die Vorteile der FTS.- 3.2.7.1 Der Multiplexvorteil.- 3.2.7.2 Der Throughput-Vorteil.- 3.3 Interferometer für die FTS.- 3.4 Spezielle Beispiele zur IR-FTS.- 3.4.1 Die photothermische Ionisationsspektroskopie (PTIS).- 3.4.2 Amorphes Ge und Si.- 3.4.3 FIR-Spektren von InSb.- 3.4.4 Die Phononen von kristallinem YBa2Cu3O6.- 3.4.5 Die Spektren von kristallinem YBa2Cu3O7??.- 3.4.6 Das Si-Reflexions-Fabry-Pérot-Interferometer in Verbindung mit FTS.- Anhang: Die Kramers-Kronig-Analyse.- Literatur.- 4 Spektroskopie im sichtbaren Spektralbereich: Der Laser als Instrument zur Spektroskopie.- 4.1 Aufbau und Funktionsweise des Lasers.- 4.2 Linienbreiten der Laseremission.- 4.2.1 Mehrmoden- und Einmodenlaser.- 4.2.2 Frequenzstabilisierung und Linienbreite von Einmodenlasern.- 4.3 Verschiedene Lasertypen.- 4.3.1 Festfrequenzlaser und durchstimmbare Laser.- 4.3.2 Festkörperlaser.- 4.3.3 Exzimerlaser.- 4.3.4 Farbstofflaser.- 4.3.5 Halbleiterlaser.- 4.4 Erzeugung kurzer Laserpulse.- 4.4.1 Das zeitliche Emissionsverhalten gepulster Laser.- 4.4.2 Güteschaltung von Laserresonatoren.- 4.4.3 Modenkopplung.- 4.4.4 Erzeugung von Femtosekunden-Laserpulsen.- Literatur.- 5 Raman-Spektroskopie.- 5.1 Einführung.- 5.2 Klassische Beschreibung des Raman-Effektes.- 5.3 Einfache quantenmechanische Behandlung des Raman-Effektes und allgemeine Betrachtungen zu den Auswahlregeln.- 5.4 Raman-Streuung an Einkristallen.- 5.5 Raman-Streuung an ungeordneten Systemen.- 5.6 Raman-Streuung an teilkristallinen Polymeren.- 5.6.1 Strukturanalyse durch Spektrenzerlegung.- 5.6.2 Auswertung der Akkordeonschwingung.- 5.7 Zusammenfassung und Ausblick.- Literatur.- 6 Hochauflösende optische Festkörperspektroskopie.- 6.1 Optische Übergänge in Kristallen und amorphen Medien.- 6.1.1 Elektronische Anregungsenergien.- 6.1.2 Symmetrien und Auswahlregeln für optische Übergänge.- 6.2 Dynamische Linienverbreiterungseffekte.- 6.2.1 Elektronische Übergänge, Vibronen, Phononen.- 6.2.2 Übergangsintensitäten, das Franck-Condon-Prinzip.- 6.3 Statische Linienverbreiterungseffekte.- 6.3.1 Inhomogene Verbreiterung; Spannungsverbreiterung.- 6.3.2 Optische Spektren von dotierten ungeordneten Medien und Gläsern.- 6.4 Site-Selektive-Spektroskopie.- 6.4.1 Fluoreszenzlinienverschmälerung.- 6.4.2 Die Lochbrenn-Methode.- 6.5 Homogene Linienbreiten in Festkörpern.- 6.5.1 Analogien zur Spinresonanz.- Ausblick.- Literatur.- 7 Holographische Methoden in der Festkörperspektroskopie.- 7.1 Holographische Aufzeichnung und optisches Gitterexperiment.- 7.1.1 Prinzip der Holographie.- 7.1.2 Grundlagen der optischen Gitterexperimente.- 7.2 Holographische Gitterexperimente mit cw-Lasern.- 7.2.1 Untersuchung von photochemischen Reaktionen.- 7.2.2 Phasenmodulierte Holographie.- 7.3 Optische Gitterexperimente mit Pulslasern.- 7.3.1 Überblick.- 7.3.2 Exzitonentransport in Molekülkristallen.- 7.3.3 Ausbreitung von Ultraschallwellen, ultraschnelle Kalorimetrie und strukturelle Dynamik.- 7.4 Holographisches und spektrales Lochbrennen.- 7.4.1 Holographische Detektion von spektralen Löchern.- 7.4.2 Elektrische Feldeffekte.- 7.4.3 Selektive Spektroskopie durch Kombination von elektrischen Feldeffekten mit holographischem Lochbrennen.- 7.4.4 Anwendungen des holographischen Lochbrennens — auf dem Weg zum optischen Computer?.- 7.4.5 Zeitdomäneneffekte.- 7.4.6 Optische Datenspeicherung.- 7.5 Optische Korrelatoren auf Fouriertransform- und holographischer Basis.- Literatur.- 8 Optische Spektroskopie an Biopolymeren.- 8.1 Bau- und Strukturprinzipien von Proteinen.- 8.2 Methoden der optischen Spektroskopie an Biopolymeren.- 8.3 Der Festkörperzustand von Biopolymeren.- 8.4 Temperaturableitungsspektroskopie und die Verteilung von Reaktionsbarrieren.- 8.5 Elastische Eigenschaften globulärer Proteinmoleküle: Meerrettichperoxidase.- 8.6 Optische Spektroskopie am Photosyntheseapparat.- Literatur.- 9 Mößbauer-Spektroskopie.- 9.1 Physikalische Grundlagen.- 9.1.1 Prinzip und experimentelle Voraussetzungen der Kernresonanzabsorption.- 9.2 Mößbauer-Experiment.- 9.2.1 Doppler-Effekt: Relativbewegung von Quelle und Absorber.- 9.2.2 Aufbau eines Mößbauer-Spektrometers.- 9.3 Hyperfeinwechselwirkung und Mößbauer-Parameter.- 9.3.1 Übersicht.- 9.3.2 Isomerieverschiebung.- 9.3.3 Magnetische Hyperfeinwechselwirkung.- 9.3.4 Elektrische Quadrupolwechselwirkung.- 9.3.5 Andere Mößbauer-Parameter.- 9.4 Anwendungen.- 9.4.1 Thermischer und optisch induzierter Spinübergang in Eisen(II)-Komplexverbindungen.- 9.4.2 Amorphe und polymere Materialien.- Ausblick.- Literatur.- II Methoden zur Bestimmung der Struktur und Dynamik von Festkörpern.- 1 Röntgen- und Neutronenstreuung.- 1.1 Einführung.- 1.2 Wechselwirkungen von Röntgenstrahlen und Neutronen mit Materie.- 1.3 Der différentielle Streuquerschnitt.- 1.3.1 Nichtmagnetische Streuung.- 1.3.2 Magnetische Streuung.- 1.4 Ausgewählte Beispiele zur Bestimmung von Struktur und Dynamik von Festkörpern.- 1.4.1 Elastische Streuung: Ideale Kristalle.- 1.4.2 Elastische Streuung: Ungeordnete Strukturen.- 1.4.3 Elastische Streuung: Kleinwinkelstreuung.- 1.4.4 Elastische Streuung: Polarisierte Neutronen und Kerne.- 1.4.5 Elastische Streuung: Magnetische Streuung von Neutronen.- 1.4.6 Inelastische Streuung: Inkohärente Streuung.- 1.4.7 Inelastische Streuung: Kohärente Streuung.- Literatur.- 2 Dynamische Lichtstreuung in kondensierter Materie.- 2.1 Impulsübertrag bei Lichtstreuung.- 2.2 Fluktuationen der Dichte.- 2.3 Korrelationsfunktionen, Zeitmittel und Scharmittel.- 2.4 Mikroskopische Théorie der Lichtstreuung.- 2.5 Korrelationsfunktion für isotrope Streuung.- 2.6 Der dynamische Strukturfaktor.- 2.7 Korrelationsfunktion der Anisotropiefluktuationen.- 2.8 Die Siegert-Relation.- 2.9 Der statische Strukturfaktor.- 2.10 Die Brillouin-Streuung: Erhaltungssätze.- 2.11 Das Rayleigh-Brillouin-Spektrum einer einfachen Flüssigkeit.- 2.12 Das Rayleigh-Brillouin-Spektrum einer viskoelastischen Flüssigkeit.- 2.13 Zusammenhang zwischen Dichteschwankungen und mechanischen Größen.- 2.14 Dynamik von Dichtefluktuationen in der Nähe des Glaspunktes.- Literatur.- 3 Spektroskopie an Festkörperoberflächen.- 3.1 Einführung.- 3.2 Spektroskopie elektronischer Zustände.- 3.2.1 Rumpfelektronen.- 3.2.1.1 Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS).- 3.2.1.2 Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES).- 3.2.2 Valenzelektronen.- 3.2.2.1 UV-Photoelektronen-Spektroskopie (UPS).- 3.2.2.2 Inverse Photoemissions-Spektroskopie (IPE).- 3.3 Spektroskopie vibronischer Zustände.- 3.3.1 Hochaufgelöste Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie (HREELS).- 3.3.2 Heliumstreuung.- 3.3.3 Fourier-Transform-Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (FTIRAS).- Literatur.- 4 Dielektrische Spektroskopie.- 4.1 Physikalische Grundlagen.- 4.1.1 Grundlegende Begriffe zur Beschreibung der Wechselwirkung von elektromagnetischen Wellen und Materie.- 4.1.2 Die mikroskopische Ursache der dielektrischen Verschiebung und Polarisation.- 4.1.2.1 Induzierte Dipolmomente.- 4.1.2.2 Permanente Dipolmomente.- 4.1.3 Dielektrische Relaxation.- 4.1.3.1 Die Relaxationsfunktion.- 4.1.4 Mikroskopische Modelle der Relaxation.- 4.1.5 Das lokale elektrische Feld.- 4.2 Breitbandige dielektrische Meßtechnik.- 4.2.1 Zeitdomäne.- 4.2.2 Frequenzdomäne.- 4.2.2.1 Frequenzganganalyse.- 4.2.2.2 Impedanzmeßbrücken.- 4.2.2.3 Koaxiale Reflektometer.- 4.3 Anwendungen der dielektrischen Spektroskopie.- 4.3.1 Der dynamische Glastibergang.- 4.3.2 Polymerdynamik.- Literatur.- 5 Mechanische Festkörperspektroskopie.- 5.1 Einführung.- 5.1.1 Aufgabenstellung.- 5.1.2 Lineare Viskoelastizität.- 5.1.3 Anisotropieeffekte.- 5.1.4 Platzwechselvorgänge.- 5.1.5 Glas- und Fließerweichung.- 5.2 Formale Maxwell- und Kelvin-Voigt-Modelle.- 5.2.1 Relaxation bei konstanter und variabler Dehnung.- 5.2.2 Komplexer Elastizitätsmodul.- 5.2.3 Kriechen bei konstanter und variabler Last.- 5.2.4 Äquivalenz von Maxwell- und Kelvin-Voigt-Modellen.- 5.3 Temperatureffekte.- 5.3.1 Temperatur-Frequenzverschiebung.- 5.3.2 WLF-Gleichung.- 5.3.3 Der komplexe Elastizitätsmodul als Funktion der Temperatur.- 5.3.4 Thermisch stimulierte Rückstellung.- 5.4 Platzwechselmodelle.- 5.4.1 Grundlagen.- 5.4.2 Nichtkooperative Platzwechsel.- 5.4.3 Kooperative Platzwechsel.- 6 Ultraschallexperimente an Gläsern.- 6.1 Physikalische Grundlagen.- 6.2 Expérimente.- 6.3 Tunnelsysteme.- 6.4 Dynamisches Verhalten der Tunnelsysteme.- Schlußbetrachtungen.- Literatur.- III Transportphänomene und spezielle spektroskopische Anwendungen.- 1 Kurzzeitspektroskopische Untersuchungen zum Ladungsträger-transport in einkristallinen (organischen) Photoleitern.- 1.1 Physikalische Grundlagen.- 1.1.1 Was ist ein Photoleiter?.- 1.1.2 Donator-, Akzeptor- und Haftstellenniveaus.- 1.1.3 Lichtinduzierte Elektron-Loch-Trennung in Photoleitern.- 1.1.4 Ladungsträgerrekombination.- 1.1.5 Raumladungseffekte.- 1.1.6 Transportmechanismen.- 1.2 Flugzeit-Transportexperimente.- 1.3 Was lernt man aus Flugzeit-Transportexperimenten?.- 1.3.1 Temperaturabhängigkeit und Anisotropic der Ladungsträgerbeweglichkeiten.- 1.3.2 Hohe Beweglichkeiten bei tiefen Temperaturen/schnelle Photozellen.- 1.3.3 Elektron-Loch-Erzeugung und Rekombination.- 1.3.4 Haftstellenkonzentrationen, Haftstellentiefen, optische Haftstellenspektroskopie.- 1.3.5 Nichtlinearer Transport, Geschwindigkeitssättigung.- Ausblick.- Literatur.- 2 Photoleitung und Transportvorgänge in amorphen Festkörpern.- 2.1 Vergleich von normalen Diffusionsvorgängen mit dem dispersiven Transport.- 2.2 Mathematische Behandlung Nicht-Gaußscher Transport-vorgänge: Continuous-Time Random Walks (CTRW).- 2.3 Beispiele aus dem Bereich der Photoleitung in Polymeren so- wie der Energieübertragung.- Schlußbemerkungen.- Literatur.- 3 Diffusionsvorgänge in amorphen Stoffen.- 3.1 Einführung.- 3.2 Transportvorgänge in Gläsern unter- und oberhalb der Glastemperatur.- 3.2.1 Der Glasiibergang und sein Einfluß auf molekulare Bewegungen.- 3.2.2 Theorie des freien Volumens.- 3.2.3 Thermodynamische Theorien.- 3.2.4 Modenkopplungstheorie.- 3.2.5 Diffusion in unterkühlten Flüssigkeiten.- 3.2.6 Diffusion in polymeren Glasbildnern.- 3.3 Experimentelle Methoden zur Diffusion in Glasbildnern.- 3.3.1 Permeations- und Sorptionsmethoden.- 3.3.2 Optische Methoden.- 3.3.3 Teilchenstreumethoden.- 3.3.4 Weitere Methoden.- Literatur.- Sachwortverzeichnis.

O autorze

Die verschiedenen Spektroskopiearten werden in diesem Lehrbuch gleichberechtigt und umfassend behandelt. Es führt von den Grundlagen zu den neuesten Entwicklungen und verdeutlicht das weite Anwendungspotential durch anschauliche Beispiele. Teil 1 gibt einen Überblick über die Spektroskopie mit elektromagnetischer Strahlung variabler Wellenlänge. Teil 2 stellt die Spektroskopie in den größeren Zusammenhang von Methoden zur Bestimmung von Struktur und Dynamik von Festkörpern. Im Mittelpunkt des dritten Teils stehen die Transportvorgänge in Festkörpern. Alle Kapitel wurden von Experten der jeweiligen Teilgebiete verfaßt.