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Raman-Spektroskopie

Raman-Spektroskopie. Seminar zur Einführung in experimentelle Methoden der Festkörperphysik. Agenda. Historisches Raman-Streuung Raman-Spektrometer Raman-Spektroskopie von Graphen Vergleich mit IR-Spektroskopie. 1. Historisches. Historisches. Sir Chandrasekhara Venkata Raman

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Raman-Spektroskopie

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Presentation Transcript

  1. Raman-Spektroskopie Seminar zur Einführung in experimentelle Methoden der Festkörperphysik

  2. Agenda • Historisches • Raman-Streuung • Raman-Spektrometer • Raman-Spektroskopie von Graphen • Vergleich mit IR-Spektroskopie

  3. 1. Historisches

  4. Historisches • Sir Chandrasekhara Venkata Raman ＊ 1888 in Tiruchirappalli (Indien) † 1970 in Bangalore (Indien) • 1929 Ritterschlag • 1930 Nobelpreis für Physik “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 • Inelastische Streuung von sichtbarem Licht an: • Phononen • Elektronen • Magnonen

  7. Streuung an Phononen • Beschränkung auf Streuung an optischen Phononen: • Sichtbares Licht: • Wechselwirkung ausschließlich in 1. Brillouinzone:

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

  9. Stokes und Anti-Stokes II

  10. Mathematische Beschreibung • Quasiimpulserhaltung: • Da ⇒ • ⇒ • ⇒ • ⇒ • ⇒ Nachweis mit hochauflösenden Spektrometern

  11. Dispersionsrelationen • Dispersionsrelation hat Extremum nahe des Γ – Punktes • ⇒ ωq kaum von abhängig • ⇒ Linienverschiebung unabhängig von • Beobachtungsrichtung

  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

  13. 3. Raman-Spektrometer

  14. Aufbau • 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 • Gitterkonstante: a = 1,44Å • alle Atome sp2-hybridisiert • außergewöhnliche mechanische, chemische und elektrische Eigenschaften

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

  18. Aktive Raman-Moden in Graphen • 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 D: Diamond-Peak G: Graphite-Peak 2D: Doppelte Raman-Verschiebung wie D

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

  21. Dirac-Cones II 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 • Halbwertsbreite (2D) steigt mit Anzahl der Graphen-Lagen (Single-layer: ; Bulk-Graphene: ) • 2D-Peak verschiebt sich hin zu größeren Raman-Verschiebungen

  23. Doping • 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

  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 scatteringfromcorrelatedelectrons, Review of modern Physiks, Vol. 79, 2007 • Kim, Youngsoo: Vapor-Phase Molecular Doping of Graphene for High-Performance Transparent Electrodes, Seoul: 2013 • http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1930/raman-facts.html, (Stand: 24.06.2014) • http://scienceblogs.de/diaxs-rake/2010/10/10/nobelpreis-2010-fur-die-entdecker-von-graphen/, (Stand: 10.10.2010)

  27. Quellen • http://de.wikipedia.org/wiki/Graphen, (Stand: 02.06.2014) • http://www.wmi.badw.de/methods/raman.htm, (Stand: 06.01.2012) • Malard, L.M.: Raman Spectroscopy in Graphene, Physiks Reports 473 (2009) • http://www.uni-erlangen.de/infocenter/meldungen/2009/forschung/21.shtml, (Stand: 13.05.2009)

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