Hochhaus-Info - Fachschaft Physik

Hochhaus-InfoDie Arbeitsgruppe kohärente THz-Strahlung, eine 2007eingerichtete Helmholtz-Hochschul Nachwuchsgruppe,beschäftigt sich mit der Dynamik ultrakurzer Elektronenpakete(Bunche) in Beschleunigern. Ultrakurze Bunch-Längen werden benötigt, um in Speicherringen kohärenteTHz-Strahlung zu erzeugen. THz-Strahlung entstammtdem Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischenMikrowellen und dem Infrarot. Die enorme Bedeutungvon THz-Strahlung für viele Gebiete der Wissenschaft,wie zum Beispiel in der Festkörperphysik, Biologie undNanotechnologie zeigt sich an ihren zahlreichen Anwendungen.Bisher gab es kaum Möglichkeiten, hinreichendintensive und brillante Strahlung in dem fraglichen Wellenlängenbereichzu erzeugen, weshalb der Bereich auchals ’THz Lücke’ bezeichnet wird. Eine spezielle Betriebsarterlaubt es jedoch zum Beispiel am ANKA-Speicherring,stabile kohärente THz-Strahlung zu erzeugen.Die Arbeitsgruppe betreibt moderne Beschleunigerphysikmit Fokus auf die Strahldynamik der ultrakurzen Pakete,welche die hochintensive kohärente THz-Strahlung emittieren.Ein Ziel ist dabei, die THz-Strahlung am ANKA-Speicherring für Experimente nutzbar zu machen.Die von der AG abgedeckten Themen umfassen dieCharakterisierung der THz-Strahlung, Beschleunigeroptikund Strahldynamik, Messungen der Bunch-Längen und -Formen sowie die Untersuchung von Einzel- und Multi-Bunch Effekten.Um den Nutzerbetrieb des ANKA-Speicherrings mit THz-Strahlung zu optimieren, ist es essentiell, die Strahlungscharakteristikenals Funktion der Betriebsparameter desBeschleunigers genau zu verstehen. Die Charakterisierungder THz-Strahlung ist daher ein wichtiger Teil der Aktivitätender AG THz-Strahlung, ebenso wie die Simulationder Dynamik von Beschleunigeroptiken für kurze Buncheund der Vergleich mit Messdaten. Verschiedenste Effektekönnen die Bunch-Länge und -Form im Beschleunigerbeeinflussen. Um diese Effekte zu studieren, werden vonder AG THz-Strahlung unterschiedliche Detektorsystemebenutzt und entwickelt.Wechselwirkungen innerhalb eines Bunches und zwischenverschiedenen Bunchen können Instabilitäten hervorrufen,die die Erzeugung der THz-Strahlung beeinflussen. DieseProzesse werden mit einer neuen Elektronenquelle für einzelneBunche (Installation 2009) und einem Hot ElectronBolometer (schneller THz-Detektor) untersucht.Die AG arbeitet eng zusammen mit Partnern verschiedenerInstitute, zum Beispiel dem Helmholtz-Zentrum Berlin,der PTB, der Universität Bochum, dem DLR und demCERN.AG RöngenbeugungDünne Schichten spielen eine wichtige Rolle in der modernenTechnologie. Schichten von nur wenigen NanometernDicke bilden die Grundlage der Mikroelektronik mit immerkleineren und höher integrierten Chips. Schichten von100 nm Dicke dienen aber auch beispielsweise zum Schutzvon Flugzeugturbinen vor den heißen Verbrennungsgasen.Die Untersuchung der strukturellen Eigenschaften und derStrukturparameter stellt einen entscheidenden Schritt inder Herstellung dünner Schichten und Oberflächen dar.Das LAS entwickelt in Zusammenarbeit mit dem ISS moderneTechniken zur Erzeugung und Nutzung der Synchrotronstrahlungfür die Untersuchung der Struktur und Eigenschaftenvon Festkörpern, Materialien, dünnen Schichten,Mikrosystemen und Nanostrukturen.AG Abbildende RöntgenverfahrenDas Ziel der RCI-Methoden ist die numerische Rekonstruktioneiner Kristalloberfläche, um Defekte (Versetzungen,Punktdefekte, usw.) zu erkennen. Das Experimentbesteht aus der Messung einer 2D-Serie von Rocking-Kurven mithilfe eines CCD-Detektors. Die so erhaltene3D-Intensitätsverteilung (x,y,Theta), wobei x,y die Koordinatenund Theta der Bregg-Winkel sind, ist die Eingangsinformationfür die Entwicklung unserer Techniken(Methoden zur Lösung inverser Probleme) - Bestimmungder Topologie der Kristalloberfläche.Aus mathematischer Sicht bestehen inverse Problemedarin, Operatorgleichungen zu lösen. Diese Gleichungensind typischerweise schlecht gestellt (instabil nach Hadamard),d.h. sie haben keine eindeutige Lösung oderkleine Änderungen in den Eingangsdaten ziehen großeÄnderungen in den Ausgangsdaten (d.h. in der Lösung)nach sich. Solche Artefakte müssen im Lösungsprozessdurch spezielle Techniken - Regularisierung (Stabilisierung)beseitigt werden, die wiederum von Eigenschaftender Operatoren (Matrizen) abhängen. Am LAS werden numerischeAlgorithmen entwickelt, die zur stabilen Lösungdes inversen Problems führen.AG Röntgenographische SpannungsanalyseWegen ihrer vielfältigen Anwendungen in der Halbleitertechnik,auf Oberflächenschichten, für optische Geräte undandere Zwecke bieten nanokristalline Materialien zur Zeitein sehr aktives Forschungsfeld. Röntgenbeugung ist zurUntersuchung nanoskaliger Strukturen ideal geeignet. DasBeugungsmuster liefert Informationen sowohl über die kristallineStruktur als auch über Perfektion nanokristallinerDomänen, Verteilung von Fehlstellen, Kristallitgröße, mechanischeSpannungen, usw.Wir untersuchen die Abhängigkeit von elastischenund auch plastischen Deformationen vom angewendetenZug an dünnen Pd-Filmen. Das Deformationsverhalteninnerhalb der Proben wird in situ mitRöntgenbeugungsmethoden an der SynchrotronstrahlungsquelleANKA untersucht. Die Lage und Form derRöntgenreflexe dient zur Bestimmung von Mikrospannungen,Teilchengröße, Größenverteilung und Fehlstellendichtein Abhängigkeit vom angewendeten Zug.Die Analyse der erhaltenen Daten liefert einen Einblick indie vorhandenen Mikro- und Makrospannungen und dieTextur der Proben.AG Strukturbestimmung undPulverdiffraktometrieDie Kenntnis des räumlichen atomeren Aufbaus von Kristallenorganischer und anorganischer Verbindungen und18