Outline - 1. Physikalisches Institut

Kohlenstoffbasierte Materialien
Blockseminar Februar/März 2014
Dieses Hauptseminar wird ein weit gefächerten Überblick
über kohlenstoffbasierte Materialien geliefert, welche
einerseits schon weitverbreitet in der Anwendung sind,
aber andererseits auh eine immer wichtiger werdende Rolle
im Bereich der Nanoforschung spielen. Diese Materialien
zeigen äußerst interessante physikalische Eigenschaften
und haben ein enormes Potenzial für gezielte Variation.
Aufgrund ihrer kostengünstigen Produktionsmöglichkeiten
und außergewöhnlichen mechanischen, elektrischen und
optischen Eigenschaften sind sie zugleich überaus
vielversprechende Kandidaten für eine Vielzahl
verschiedener Anwendungen.
Das Seminar legt seinen Fokus auf den Zusammenhang von (molekularer-, kristalliner-)
Struktur und den daraus folgenden physikalischen Eigenschaften, insbesondere den
elektronischen Eigenschaften. Im Laufe des Seminars werden die Teilnehmer die Ursachen
der interessanten Eigenschaften dieser Materialien sowie deren unterschiedliches Verhalten
zu verstehen. Zusätzlich werden sie einen Überblick über einige gegenwärtige
Forschungsgebiete erhalten haben.
Kohlenstoffbasierte Materialien
Blockseminar Februar/März 2014
Ansprechpartner:
Prof. Martin Dressel:
[email protected]
Vorbereitung im Wintersemester
Sie bekommen zu den Themen Stichworte und Literaturhinweise.
Diese dienen als Anhaltspunkte für die eigene Recherche.
Wichtig ist die Aufarbeitung der gefundenen Informationen.
Konzept zum Vortrag: mindestens zwei Wochen vor Vortragstermin
Probevortrag: mindestens eine Woche vor Vortragstermin
Vortrag: Dauer 45 Minuten, danach 15 Minuten Diskussion
Ausarbeitung von ca. drei Seiten.
Allgemeine Hinweise
Vortragssprache: Deutsch oder Englisch.
Blockseminar an drei Tagen je 4-5 Vorträgen
Termin: 25.-27. Februar
Username: Kroto
Password: Geim
Voraussichtliche Themen
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Diamant
Graphit
Graphene
Fullerene
Kohlenstoff-Nanoröhren
Organische Halbleiter
Organische Leuchtdioden
Leitfähige Polymere
Physik in einer Dimension
Ordnungsphänomene
Organische Leiter:
Organische Supraleiter
Organische Magnete
Diamant
• Kohlenstoff: Bindungen, sp2, sp3 Hybridisierung
• Diamant: elektrische und optische Eigenschaften
mechanische Eigenschaften
• Defektzentren in Diamant: nitrogen – vacancy
• Properties, Growth and Applications of Diamond, Nazare, M.H.; Neves, A.J
(2001)
• Single defect centres in diamond: A review, F. Jelezko and J. Wrachtrup,
phys.stat.sol. (a) 203, No. 13, 3207
Graphit
• Graphit: elektrische und optische Eigenschaften
• Interkalationsverbindungen: z.B. CaC6, KC8
• Graphite intercalation compounds, H.Zabel (eds)
• Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes - Properties,
Processing and Applications, Hugh O. Pierson
• M.S. Dresselhaus and G. Dresselhaus: "Intercalation compounds of
graphite". Advances in Physics 30, 139 (1981)
• T. Enoki, M. Suzuki and M. Endo: “Graphite intercalation compounds and
applications” (Oxford University Press, 2003)
Graphene
•
•
•
•
Bandstruktur, Dirac-Elektronen
Herstellung
elektrische und optische Eigenschaften
Anwendungen
• Graphene: carbon in two dimensions, M.I. Katsnelson, Materials today 10,
page 20(2007)
• http://www.iop.org/publications/iop/2011/page_48026.html
• D.R. Dreyer, R.S. Ruoff and C.W. Bielawski, “From Conception to
Realization: An Historial Account of Graphene and Some Perspectives for
Its Future” Angewandte Chemie International Edition 49, 9336-9344
(2010).
• K.S. Novoselov, et al. “A roadmap for graphene”, Nature 490, 192 (2012)
• Mikhail I. Katsnelson, “Graphene: Carbon in Two Dimensions” (Cambridge
University Press, 2012)
• J. Warner, F. Schaffel, M. Rummeli, A. Bachmatiuk, “Graphene:
Fundamentals and Emergent Applications” (Elsevier Ltd, Oxford, 2013)
Kohlenstoff-Nanoröhrchen
•
•
•
•
Herstellung, Grundsätzliches,
Symmetrie, winding ratio, Bandstruktur,
Single wall, mulitwall CNT,
elektrische und optische Eigenschaften
• R. Saito, M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, “Physical Properties of
Carbon Nanotubes” (Word Scientific 1998)
• A. Jorio, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus (Eds.): “Carbon Nanotubes:
Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications”
(Springer, Berlin 2008)
Fullerene
• Herstellung, Variante, chemische Modifikation, Dotierung
• elektrische und optische Eigenschaften:
von der Supraleitung bis Ferromagnetismus
• Anwendungen
• Fernando Langa De La Puente, Jean-Francois Nierengarten “Fullerenes:
Principles and Applications” (Royal Society of Chemistry von Royal Soc of
Chemistry 2012)
• A. Hirsch and M. Brettreich, “Fullerenes: Chemistry and Reactions “
(Wiley-VCH, Weinheim, 2004)
• Sheka, Sheka „Fullerenes: Nanochemistry, Nanomagnetism,
Nanomedicine, Nanophotonics“ CRC Press 2011
• Baenitz, Michael (1999). "Supraleitung in Fulleren Verbindungen". Physik
in unserer Zeit 30 (4): 167–172
Organische Halbleiter
• Grundsätzliches, Organische Molekülkristalle
• Herstellung, Reinigung
• Elektrische und optische Eigenschaften
• Schwörer, Wolf , “Organische Molekulare Festkörper“, VCH
• W. Brütting and C. Adachi, „Physics of Organic Semiconductors“ 2nd
edition (Wiley-VCH, Weinheim 2012)
• Einkristalline Halbleiter:
Organic single crystal FETs, C. Reese, Z. Bao Materials today 10 (2007)
• Polymere Halbleiter:
W. Clemens und W. Fix, Physik Journal 2(2), 31 (2003)
Organische Leuchtdioden OLED
• Prinzip und Anwendungen
• Ladungstransport, Rekombination
• K. Müllen and U. Scherf (ed.), “Organic light emitting devices: synthesis,
properties applications” (VCH-Weinheim, 2006)
• A. Buckley, “Organic Light-Emitting Diodes (Oleds): Materials, Devices and
Applications (Woodhead Publishing, 2013)
• W. Brütting and C. Adachi, „Physics of Organic Semiconductors“ 2nd
edition (Wiley-VCH, Weinheim 2012)
Polymere
• Grundsätzliches, Varianten, Herstellung
• Leitfähige Polymere und ihre Anwendungen
• Polymere Elektrete
•
•
•
•
•
S. Roth, D. Caroll “One dimensional metals”, VCH
A. J. Heeger, Angew. Chem. 113, 2660 (2001)
A.J. Heeger, Review of modern physics 73, 681 (2001)
M.D. McGeehe et al., in: Advances in synthetic metals (1999)
Handbook of Conducting Polymers; 3rd. Edition, edited by Skotheim, R.L.
Elsenbaumer, and J.R. Reynolds (Marcel Dekker, Inc., New York, 2007)
• Semiconducting Polymers; ed by G. Hadziioannou and P.F.v. Hutten
(Wiley-VCH, Weinheim, 2007)
• Electrets, Ed. G.M. Sessler, Topics in Applied Physics, Volume 33,
Springer Verlag 1987
Physik in einer Dimension
• Eindimensionale Metalle, Realisierung, Theorie
• Instabilität der Fermi-Fläche: CDW, SDW
• Fermi vs. Luttinger
•
•
•
•
•
Jerome and Schultz, Advances in Physics 31, 299 (1982)
S. Kagoshima, et al., One-Dimensional Conductors (Springer, Berlin)
J. Voit, Rep. Prog. Phys. 58, 977–1116 (1995)
S. Roth, D. Caroll “One dimensional metals”, VCH
Thierry Giamarchi, “Quantum Physics in One Dimension” (Oxford
University Press 2003)
• D. Baeriswyl, L. Degiorgi (ed.) “Strong Interactions in Low Dimensions”
(Kluwer Dordrecht 2004)
Ordnungsphänomene in niedriger Dimension
•
•
•
•
•
Instabilitäten, Phasenübergänge
Ladungsordnung, mangetische Ordnung, Gitter
Elektronische Korrelationen
¼ gefüllte Bänder, Ladungsordnung vs. Supraleitung
½ gefüllte Bänder, Antiferromagnetismus vs. Supraleitung
• D. Baeriswyl, L. Degiorgi (ed.) “Strong Interactions in Low Dimensions”
(Kluwer Dordrecht 2004)
• T. Ishiguro; K. Yamaji; G. Saito, “Organic Superconductors” (Springer,
Berlin, 1998).
• A.G. Lebed (ed.), “The Physics of Organic Superconductors and
Conductors”, (Springer, 2008)
• Toyota, Lang, Müller, Low-Dimensional Molecular Metals (Springer, Berlin
2007)
• Jerome, Science 281, 1181 (1998)
Organische Leiter
•
•
•
•
Aufbau der Kristalle, Anordnung der Moleküle, Polytypen
Elektronische Struktur, Anisotropie
Antiferromagnetische Ordnung, Spin-Peierls Übergang
Ladungsordnung
• T. Ishiguro; K. Yamaji; G. Saito, “Organic Superconductors” (Springer,
Berlin, 1998).
• A.G. Lebed (ed.), “The Physics of Organic Superconductors and
Conductors”, (Springer, 2008)
• Toyota, Lang, Müller, Low-Dimensional Molecular Metals (Springer, Berlin
2007)
• H. Mori: http://hmori.issp.u-tokyo.ac.jp/other/List-of-orgsuper.pdf
Organische Superconductors
• Sprungtemperatur, anisotrope Eindringtiefe, kritische Felder
• Vergleich mit anderen Supraleitern: Mechanismen, Symmetrie
• AFM-SC, feldinduzierte Supraleitung, FFLO
• T. Ishiguro; K. Yamaji; G. Saito, “Organic Superconductors” (Springer,
Berlin, 1998).
• A.G. Lebed (ed.), “The Physics of Organic Superconductors and
Conductors”, (Springer, 2008)
• Toyota, Lang, Müller, Low-Dimensional Molecular Metals (Springer, Berlin
2007)
• J. Wosnitza “Two-dimensional organic superconductors”, J. Low Temp.
Phys. 146, 641 (2007)
• A. Ardavan et al. “Recent topics of organic superconductors”, J. Phys. Soc.
Jpn. 81, 011004 (2011)
• H. Mori: http://hmori.issp.u-tokyo.ac.jp/other/List-of-orgsuper.pdf
Molekulare Magnete
• Definition, Austauschechselwirkungen, Kopplung, Giant-Spin Hamiltonian
• Phänomene, Tunneln der Magnetisierung, ESR
• Mögliche Anwendungen
• S.J. Blundell and F.L. Pratt, “Organic and molecular magnets”, J. Phys.:
Condens. Matter 16, R771 (2004)
• Dante Gatteschi and Roberta Sessoli “Quantentunneln der Magnetisierung
und verwandte Phänomene in molekularen Magneten”, Angewandte
Chemie 115, 278 (2003)
• B. Barbara, L. Gunther, “Magnets, molecules and quantum mechanics”,
• Physics World, March 1999, p. 35
Seminarplan
10. 10. 2013
Einleitung
Dressel
Martin
25. 2. 2014
Diamant
Baumgartner
Andreas
25. 2. 2014
Graphit
Michalowsky
Julian
25. 2. 2014
Graphene
Naegele
Jonathan
25. 2. 2014
Fullerene
Simmendinger
Julian
25. 2. 2014
Kohlenstoff-Nanoröhren
Seyfferle
Simon
26. 2. 2014
Organische Halbleiter und
Leuchtdioden
Guenther
Dominik
26. 2. 2014
Leitfähige Polymere
Merz
Johannes
26. 2. 2014
Physik in einer Dimension, Ehrhardt
Ordnungsphänomene
Sascha
27. 2. 2014
Organische Leiter
Hablizel
Daniel
27. 2. 2014
Organische Supraleiter
Pfister
Fabian
27. 2. 2014
Organische Magnete
Dietrich
Kilian
26. 2. 2014