Thematische Schwerpunkte:

1. Molekulare Festkörperschichten und Nanokomposite

2. Angewandte Dünnschichtspektroskopie

3. Lehre

1. Molekulare Festkörperschichten und Nanokomposite

Im Zentrum des Interesses der Arbeitsgruppe stehen die optischen Eigenschaften dünner bevorzugt organischer bzw. heterogener Festkörperschichten. Das Arbeitsspektrum umfaßt Abscheidung der Schichten unter Hoch- bzw. Ultrahochvakuumbedingungen, optische Messungen, Strukturuntersuchungen, numerische Simulationen von Schichtwachstumsprozessen sowie Berechnung und Modellierung der relevanten optischen Materialkonstanten. Derzeit konzentrieren sich die Arbeiten im wesentlichen auf folgende Problemstellungen:

• Einbettung von Metallclustern in molekulare organische Matrizen und Analyse der auf diesem Wege synthetisierten Hybridsysteme.
• Präparation und Analyse ultradünner organischer Schichten und organisch/anorganischer Vielfachschichtsysteme
• Nutzung von Plasmonenresonanzen in verschiedenen Geometrien zum spektroskopischen Nachweis geringer organischer Stoffmengen
• Numerische Simulation des Wachstums von Metallinselfilmen

Kooperationen: Technische Universität Chemnitz:

• Professur Analytik an Festkörperoberflächen (Prof. Hietschold):
  Elektronenmikroskopische Analytik (lateral sowie cross-section) wird zur Untersuchung der strukturellen Schichteigenschaften (insbesondere bei den heterogenen Systemen) genutzt.
• Professur Halbleiterphysik (Prof. Zahn):
  An Schichten mit eingebauten metallischen Nanopartikeln kann oberflächenverstärkte Ramanspektroskopie der Schichten dadurch realisiert werden, daß die Raman-Erregerlinie auf die Plasmonenresonanz in den Metallpartikeln abgestimmt wird.
• Professur Theorie III (Prof. Schreiber):
  Monte-Carlo-Simulationen zum Wachstum von Metallinselfilmen sollen zum theoretischen Verständnis des Wechselspiels zwischen experimentell einstellbaren Schichtabscheideparametern und den erzielten Schichtstrukturen beitragen.
• Professuren Technische Physik (Prof. Hecht) und Festkörperphysik (Prof. Richter)
  Präparation ausgewählter anorganischer Modellsysteme

Kooperationen: Auswärtig

• RWTH Aachen: Clusterphysik (Prof. Kreibig)
  Berechnung der optischen Eigenschaften von Systemen mit eingebauten metallischen Nanoclustern
• Universität Regensburg:
  Nichtlineare optische Eigenschaften heterogener Festkörperschichten

Ausgewählte Publikationen:

O. Stenzel:
Optical properties of noble metal clusters in ultrathin solid films
Journ. Clust. Sci.Vol. 10 (1999), 169 - 193

A.N. Lebedev, M. Gartz, U. Kreibig, O. Stenzel
Optical extinction by spherical particles in an absorbing medium: Application to composite absorbing films
EPJ D 6, (1999), 365 - 373

A.N. Lebedev, O. Stenzel
Optical extinction of an assembly of spherical particles in an absorbing medium: Application to silver cluster in absorbing materials
EPJ D 7, (1999), 83 - 88

V. Linß, O. Stenzel, D.R.T. Zahn
The Correlation between linear optical constants and Raman enhancement in Phthalocyanine thin solid films with incorporated silver clusters
Journ. Ram. Spectr. 30, (1999), 531 - 536

O. Stenzel
Optical Absorption of Hetereogeneous Thin Solid Films
Festkörperprobleme/ Advances in Solid State Physics 39, (1999), 151 - 160

Abb.1: Lage der Plasmonenresonanz von Silber- und Indiumclustern, die in ultradünnen Kupferphthalocyaninschichten eingebettet sind. Umgebung: Amorphes Silizium (vgl. TEM-Aufnahmen)

TEM-Aufnahme von PTCDI-Filmen mit 20 vol.% Silberclustern (ca.85nm x 205nm)
Absorptionskoeffizient in cm-1:
Abb.2: TEM-Bild und Absorptionskoeffizient (Experiment und Simulation) von PTCDI/Silber-Mischschichten

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2. Angewandte Dünnschichtspektroskopie

Schwerpunktmäßig werden hier (dünnschicht-)optische Analyse- und Beschreibungsmethoden im Hinblick auf angewandte Fragestellungen eingesetzt. Das Arbeitsspektrum umfaßt klassische Fragen der Dünnschichtanalytik wie optische Dicken-, Brechzahl- und Absorptionskoeffizientbestimmung an verschiedenartigen optischen Materialien und weiterführende applikative Fragestellungen, beispielsweise zur Solarenergienutzung. Aktuelle Arbeiten beziehen sich auf die Nutzung neuronaler Netze zur Auswertung von Dünnschichtspektren.
Im Rahmen der genannten Schwerpunkte werden auch Messungen bzw. Berechnungen für auswärtige Einrichtungen angeboten, so z.B. für die Textil- und Umweltbranchen. Die Spektrenauswertung erfolgt im wesentlichen mit selbsterstellter Software, die je nach vom Anwendungsgebiet diktierter Notwendigkeit laufend weiterentwickelt wird.

Auswärtige Verbindungen:

• Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (Chemnitz)
• IfU GmbH, Privates Institut für Umweltanalysen (Flöha)
• Gesellschaft für Prozeßrechnerprogrammierung mbH (Chemnitz)

Ausgewählte Publikationen:

O. Stenzel, R. Petrich:
Flexible construction of error functions and their minimization: application to the calculation of optical constants of absorbing or scattering thin - film materials from spectrophotometric data
J. Phys. D 28, (1995), 978 - 989

O. Stenzel, J. Hahn, M. Röder, A. Ehrlich, S. Prause, F. Richter
The optical constants of cubic and hexagonal boron nitride thin films and their relation to the bulk optical constants
phys. stat. sol. (a) 158, (1996), 281 - 287

S. Wilbrandt, R. Petrich, O. Stenzel
Optical interference coating characterisation using neural networks
EOS/SPIE Symposium of Optical System Designs and Production, SPIE-Proc. Vol. 3738, (1999), 517 - 528

Abb.3 Spektrale Charakteristika in Transmissions- und Reflexionsspektren von dünnen Schichten , die von einem neuronalen Netz erkannt werden sollen

Abb.4 Transmissions- und Reflexionsspektrenfit für eine Fullerenschicht auf Quarzglas, relevant z.B. für zerstörungsfreie Schichtdickenbestimmung

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3. Lehre

Als Lehrveranstaltungen werden derzeit fakultative Vorlesungen zu Grundlagen und Spezialfragen der Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie angeboten. Die Vorlesungen wenden sich primär an Physikstudenten des 3. und 4. Studienjahres. Es ist beabsichtigt, im jährlichen Wechsel eine zweisemestrige Grundlagenvorlesung und eine einsemestrige speziellere Vorlesung zur nichtlinearen Optik anzubieten.
Nach Vereinbarung können zusätzliche Lehrveranstaltungen zu Grundlagen der Dünnschichtoptik durchgeführt werden. Weiterhin bestehen Möglichkeiten zur Durchführung von Spezialpraktika, Diplom- und Promotionsarbeiten.

Aktuelle Belege und Graduierungsarbeiten:

Ralf Petrich:

Contributions to Spectrophotometric Characterisation of Thin Films Showing Considerable Optical Losses
(Dissertation, Chemnitz 1996)

Alexander Stendal:

Abscheidung und Analyse von organischen Dünnschichten mit eingelagerten Metallclustern

(Dissertation, Chemnitz 1996)

Steffen Wilbrandt:

Optische Charakterisierung heterogener Dünnschichtsysteme mit molekularen Komponenten

(Diplomarbeit, Chemnitz 1998)

Publikationen:

O. Stenzel, A. Stendal:
Optical Properties
Invited contribution to John Wiley & Sons „Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering", Vol. 15, (1999), 327 - 336

O. Stenzel: Das Dünnschichtspektrum: Ein Zugang von den Grundlagen zur Spezialliteratur (Lehrbuch) Akademie - Verlag Berlin, 1996, 190 Seiten, ISBN 3-05-501728-5 Die Frage nach der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie tritt in der Molekülphysik ebenso auf wie in der Festkörperphysik - sie bildet das Fundament für einen Vielzahl analytischer Meßmethoden, die neben der Physik vor allem die Chemie und in zunehmendem Maße auch die Biologie erobert haben. In diesem Buch wird die Problematik aus der Sicht des Dünnschichtphysikers dargestellt, für den die üblichen spektroskopischen Analysemethoden wegen der speziellen Geometrie seines Untersuchungsobjektes nicht ohnen weiteres übernehmbar sind. Anliegen des Autors war es, Studenten höherer Semester und Doktoranden ein Material in die Hand zu geben, das eine Brücke zwischen den im Grundstudium vermittelten Kenntnissen und der optischen und spektroskopischen Spezialiteratur schafft. Aus Lehrveranstaltungen für Physikstudenten und Doktoranden hervorgegangen, bietet das vorliegende Lehrbuch willkommene Hilfe für all jene, zu deren Aufgaben die Beurteilung und Auswertung optischer Spektren gehört.
Gliederung des Lehrbuches: Das Dünnschichtspektrum: Ein Zugang von den Grundlagen zur Spezialliteratur
I. Klassische Behandlung der Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie Die lineare Suszeptibilität Klassische Ausdrücke für Suszeptibilitäten Ableitungen aus dem Oszillatormodell Anwendungen des Oszillatormodells Die Messung am Untersuchungsobjekt Vorder- und Rückseite der Probe Herleitung dünnschichtoptischer Formeln Spektren von Einfachschichten Die Kramers-Kronig-Methode Grundbegriffe der nichtlinearen Optik	II. Ausgewählte Fragen der quantenmechanischen Beschreibung der Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie Zum Begriff der Auswahlregel Spezialfall Kristall Amorphe Schichten Berechnungen mit der Dichtematrixmethode Anwendungen in der Spektroskopie Effekte bei hohen Lichtintensitäten Suszeptibilitäten höherer Ordnung

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(©) L. Feige, 07.01.2000