Prof. Feile - Glossar

Glossar

Mit diesem Glossar wird der Versuch unternommen, einige der in diesen WWW-Seiten vorkommenden Fachausdrücke kurz und einigermaßen allgemeinverständlich zu erklären. Die hier aufgestellten Definitionen erheben in keiner Weise den Anspruch auf Exaktheit und Vollständigkeit, sondern dienen eher dazu, dem Leser einen gewissen Überblick zu verschaffen.

Herkömmliche Supraleiter (wie z.B. viele reine Metalle) verlieren bei sehr tiefen Temperaturen (meist unter 20K) ihren elektrischen Widerstand. Hochtemperatursupraleiter zeichnen sich durch eine sehr hohe Sprungtemperatur (Widerstand springt auf null) aus, die typischerweise über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff (77K) liegt. Meist handelt es sich um aus mehreren Elementen zusammengesetzte, d.h. künstlich hergestellte, oxidische Substanzen. Prominentestes (meist untersuchtes) Beispiel ist die Keramik YBa_2Cu_3O_7 (oft einfach „Ybacu“ genannt), die unterhalb von 93K supraleitend ist.

Ein Orientierungsglas ist ein kristallines Material mit statischer Orientierungsunordnung, d.h. ist ein Kristall mit asphärischen, d.h. räumlich orientierbaren Bestandteilen (z.B. Molekülen), die in ungeordneten Richtungen eingefroren sind. Im Unterschied zu den herkömmlichen, sog. kanonischen Gläsern (z.B. Fensterglas) ist also bei den Orientierungsgläsern das Schwerpunktsgitter (weitgehend) langreichweitig geordnet, d.h. sie sind lediglich hinsichtlich der räumlichen Ausrichtung der asphärischen Bestandteile amorph. Beispiele für Orientierungsgläser sind Mischungen von Alkalizyaniden/-halogeniden (z.B. KBr:KCN oder NaCN:KCN) und feste Mischungen von Argon und Stickstoff (Ar:N_2).

Untersuchung des optischen Spektrums im Bereich von ca. 1 bis 100 GHz, zumeist unter Verwendung von Fabry-Pérot-Interferometern. Oft gebraucht man den Begriff Brillouinstreuung synonym zur Streuung von Licht (Photonen) an akustischen Phononen (sich räumlich in einer Richtung ausbreitende Gitterschwingungen, also ähnlich den Schallwellen), die in diesem Frequenzbereich liegen. In diesem niederfrequenten Teil des Streulichtspektrums kommen oft auch magnetische Anregungen oder stark überdämpfte Rotationsanregungen zu liegen.

Ramanspektroskopie ist die Untersuchung des optischen Spektrums im Bereich von ca. 20 bis 2000 cm-1, zumeist unter Verwendung von Gittermonochromatoren. Oft gebraucht man den Begriff Ramanstreuung synonym zur Streuung von Licht (Photonen) an optischen Phononen (Gitterschwingungen, bei denen die Teilchen in der Elementarzelle gegeneinander schwingen), die in diesem Frequenzbereich liegen. Gegenstand ramanspektroskopischer Untersuchungen können aber auch z.B. Rotations-, Librations-, Vibrations- oder elektronische Anregungen oder Kopplungen dieser elementaren Anregungen sein.

Reziproke Zentimeter sind in der optischen Spektroskopie gebräuchliche Frequenzeinheit, auch „Wellenzahl“ oder „Kayser“ (Abk. Ky) genannt. Sie gibt an, wieviel räumliche Perioden (Wellenlängen) einer elektromagnetischen Welle auf einen Zentimeter imVakuum passen.

Für die grobe Umrechnung diverser gebräuchlichen Frequenz- bzw. Energieeinheiten gilt:

  • Eine Wellenlänge von 1cm entspricht einer Frequenz 30 GHz, das ist eine Wellenzahl von 1 reziproken Zentimeter bzw. einer Energie von 1/8 meV bzw. Temperatur von 1.5 K.
  • Eine Wellenlänge von 500nm entsprechen einer Frequenz von 600THz, das sind 20000cm-1 bzw. 2.5 eV oder eine Temperatur von 30000K.

In der makroskopischen Sprechweise wird Licht an Inhomogenitäten des Brechungsindexes gestreut. Dabei führen räumliche Fluktuationen zu einer Änderung der Ausbreitungscharakteristik des Wellenfeldes (Beugung), zeitliche Fluktuationen ändern das Frequenzspektrum des Lichts (Seitenbanden). Ursachen für diese Fluktuationen können so verschiedenartige Phänomene wie Tröpfchengrößenverteilungen, Clusterumordnungen, Schallwellen, Molekülrotationen und -Schwingungen im streuenden Material sein. Wichtig dabei ist (trivialerweise), daß diese „Anregungen“ der Materie in irgendeiner Weise an die optischen Eigenschaften des Mediums (Brechungsindex / Dielektrizitätskonstante / Polarisierbarkeit) angreifen. Mit Hilfe der Lichtstreuung kann man also Anregungen untersuchen, die primär nichts mit der Entstehung von Licht zu tun haben.

Statische Lichtstreuung ist die Streuung von Licht an rein räumlichen (also zeitlich nicht oder nur sehr langsam veränderlichen) Fluktuationen, bzw. Untersuchung von Streulicht ohne Frequenzanalyse. Beispiel: Kleinwinkelstreuung zur Bestimmung von Teilchengrößen.

Dynamische Lichtstreuung ist die Streuung von Licht an zeitlichen (und raum-zeitlichen, d.h. wellenartigen) Fluktuationen. Hier liegt das Hauptaugenmerk auf der Dynamik der Vorgänge im untersuchten Material und weniger auf deren räumlicher Abhängigkeit. Das zeitliche Verhalten kann entweder in der Zeitdomäne (Photonenkorrelationsspektroskopie) oder der Frequenzdomäne (herkömmliche optische Spektroskopie mit Hilfe dispersiver Elemente) untersucht werden.