The RAMAN Center |
We presently operate four Raman instruments with different properties that are available for joint research and materials characterization studies. One setup is running in LENA. Raman-1
Raman-2
Raman-3 (micro Raman)
Photoluminescence setup:
Low temperatures and high pressure:
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Basic scheme of the Raman setup with Laser, optical elements that define the beam path, the sample, monochromator and the CCD detector. An earlier version of this figure was part of the phd thesis of M. Grove. |
Using inleastic light scattering the symmetry and energy of different excitations can be probed (phonons, electronic and magnetic excitations. The energy unit is "wave number", with 1 cm-1=1.44 K=1/8 meV. |
Einführung - Introduction (in German): Die Entwicklung von modernen Flächendetektoren (back illuminated Charge Coupled Device) erlaubte in den letzten Jahren eine enorme Steigerung der Empfindlichkeit durch ihre hohe Quanteneffizienz und Verkürzung der Messzeit (instantane Aufnahme eines großen Spektralbereichs). Die Vorteile der Raman-Streuung liegen in der hohen Empfindlichkeit und Energieauflösung. Dabei können auch relative kleine Proben (ca 100ym) ohne Mehraufwand unter einem Mikroskop untersucht werden. Die Nachteile der Raman-Streuung liegen in der geringen Spezifizität der beobachteten Streuquerschnitte. Weiterhin ist der Streuprozess komplexer im Vergleich zur direkten optischen Absorption. |
Tip enhanced Raman scattering: Eine weitere Verbesserung der Methode erreicht man durch die Benutzung von Rastermethoden: Eine wenige nm oberhalb eines Streuzentrums geführte Metallspitze erhöht den Streuquerschnitt um viele Größenordnungen. Dies basiert auf der lokalen Erhöhung des induzierten elektrischen Feldes durch ein Oberflächenplasmon an der Spitze, deren Krümmung maximal ist. Dieser Effekt erlaub Lichtstreuung an einzelnen Molekülen. Diese Methode benutzen wir in Linienscans an molekularen Magneten und nanoporösem Silizium. |
Brillouin-Spektrometer mit einem (2*3)-Tandem-Fabry-Perot Interferometer nach J.R. Sandercock und B. Hillebrands, Messaufbau von G. Els. |
Mit diesem Spektrometer werden Anregungen mit Frequenzen bis zu 150 cm-1 untersucht. Dieser sog. "freie Spektralbereich" wird durch den Abstand der Interferometerspiegel gegeben und ist zu tiefen Frequenzen praktisch nicht eingeschränkt. Die obere Grenze (150 cm-1) entspricht einem minimalen Abstand der Spiegel von 50 . 10-6m. Der Nachweis der gestreuten Photonen geschieht im Modus des "Single Photon Counting" mit einer Avalanche-Diode. Die Empfindlichkeit ist deshalb verglichen mit der Raman-Streuung geringer. Die Streulichtunterdrückung ist allerdings um Größenordnungen besser. |
Vergleich
von Raman- und Brillouin-Spektren eines niedrigdimensionalen Spinsystems (CuGeO3).
Die Mode bei 30cm-1 bzw. 1000GHz ist eine Anregung des Spinsystems,
ein Singulett-gebundener Zustand.
Die inelastische Lichtstreuung erlaubt wegen ihres relativ kleinen Probenvolumens relativ leicht Untersuchungen unter sehr hohem adiabatischen Druck. Dazu wird die Probe (max. Abmessung ca. 50 . 10-6m) in eine Diamantdruckzelle eingebaut. Ein Druckmedium (z.B. Methanol/Ethanol) zwischen den Diamantstempeln, dem Gasket (metallischer Dichtring) und der Probe verteilt den Druck möglichst isotrop. Es können so Drücke von 0-30GPa erzeugt werden. |
Die von uns verwendete Druckzelle aus der Arbeitsgruppe von K. Syassen am MPI-FKF Stuttgart erlaubt eine instantane Änderung des Drucks auch in einem Kryostaten und bei tiefen Temperaturen. Dazu sind die Diamanten mit dem Gasket in einem Druckstempel eingebaut, der durch einen Hebel mit Drehachse gespannt wird. |
Der Parameter "Druck" ist in der experimentellen Festkörperphysik durchaus von ähnlicher Wichtigkeit wie die Probentemperatur. Fast alle Wechselwirkungen, damit verknüpfte Ordnungsvorgänge oder kritische Punkte lassen sich durch druckinduzierter Änderung der Gitterparameter beeinflussen. |
In Systemen mit konkurrierenden Wechselwirkungen zeigen sich natürlich besonders drastische Effekte, da z.B. Austausch-WW zu nächsten und übernächsten Nachbar-Spins in antiferromagnetisch Systemen konkurrieren aber nicht die gleiche Druckabhängigkeit aufweisen. Dies konnten wir z.B. in Untersuchungen an reinem und Zn-substitutiertem CuGeO3 nachweisen. Zur Zeit interessieren wir uns für das Verhalten von SrCu(BO3)2 und Cu2Te2O5Br2 unter Druck, um hier den quantenkritischen Punkt und seinen Einfluss auf das magnetische Anregungsspektrum zu untersuchen. |
Weiterführende Literatur: -
Scattering of Light by Crystals, W. Hayes und R. Loudon, Wiley-Interscience (1978). - Revival of the Spin-Peierls Transition in (Cu,Zn)GeO3 under Pressure, M. Fischer, et al., Phys. Rev. B 57, 7749 (1998). |
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letzte Änderung: 02.04.2014
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