SS 2017 - Condensed Matter II: Interfaces and Nanostructures

Dozent: Prof. Dr. Günter Reiter
Zeit:  4 st., Do 8:15-10:00 , Fr 8:15-10:00
Ort: HS II, Physik Hochhaus
Übungen und Experimente: 2-stündig n.V.
Beginn: 27.04.2017


Vorläufiges Programm:
(The course will be given in English)

Leitthema: „Das Volumen des Festkörpers schuf Gott, seine Oberfläche wurde vom Teufel gemacht.“ Wolfgang Pauli (1900-1958)

Zielsetzung:
Studenten sollen einen Überblick über physikalische Phänomene gewinnen, die nur an Oberflächen und Grenzflächen auftreten (Beispiel: Wie bringt man Wasser dazu, bergauf zu laufen?). Neben speziellen strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Flüssigkeits- und Festkörperoberflächen werden deren Bedeutung in verschiedenen Bereichen der modernen Materialwissenschaften und der Nanotechnologie behandelt.

Inhalt:
Grenzflächen zwischen Festkörpern oder Flüssigkeiten treten in den meisten physikalischen, chemischen, biologischen und geologischen Systemen, aber auch in vielen technologischen Prozessen auf. Obwohl die Anzahl der Atome bzw. Moleküle an diesen Grenzflächen vergleichsweise gering ist, kann diese „Minderheit“ häufig das Verhalten großer (makroskopischer) Systeme bestimmen und teilweise sogar steuern.

Folgende Themen werden behandelt:
1. Allgemeine Beschreibung von Grenzflächen: Thermodynamik und Kinetik
2. Wechselwirkungskräfte an Grenzflächen: kurz- und langreichweitige Kräfte, ...
3. Flüssigkeiten und Flüssigkeitsgrenzflächen: Tropfen, Blasen, Wellen, „flüssige Murmeln“
4. Struktur von Festkörperoberflächen: Elektronische Prozesse an Oberflächen
5. Festkörper-Flüssigkeit Grenzflächen: Hydrodynamik, Kapillarität, Benetzung,...
6. Grenzflächenprozesse: Adsorption/Desorption, Phasenübergänge
7. Herstellung von wohldefinierten Festkörperoberflächen: Oberflächenrekonstruktion, Oberflächentransport,...
8. Wachstums- und Auflösungsprozesse: Epitaxie, Keimbildung, Gitterfehlanpassung, mechanische Spannungen
9. Organische Schichten und Nanostrukturen auf Oberflächen: gezielte Strukturierung von Oberflächen auf nm-Skala

Vorkenntnisse:
Experimentalphysik IV (Kondensierte Materie)

Einführende Literatur:
•    Intermolecular and Surface Forces, With Applications to Colloidal and Biological Systems
Jacob Israelachvili, Academic Press 1995 bzw. Elsevier 2008
•    "Capillarity and Wetting Phenomena: Drops, Bubbles, Pearls, Waves" von P.-G. de Gennes, F. Brochard-Wyart und D. Quéré, Springer, New York, 2004
•    John A. VenablesLecture notes on Surfaces and Thin Films http://venables.asu.edu/grad/lectures.html
•    I.Markov, Crystal Growth for Beginners, World Scientific, http://www.ipc.bas.bg/PPages/IMarkov/
Weitergehende und ergänzende Literaturangaben werden in der Vorlesung vorgestellt.