Pomiar widm Ramana monokryształów krzemu (Si) i diamentu (C)

Zagadnienia do opracowania.

  1. Ruchy jąder w cząsteczkach dwu- i wieloatomowych:
    1. model oscylatora harmonicznego;
    2. model oscylatora anharmonicznego.
  2. Drgania normalne cząsteczek wieloatomowych.
  3. Widma oscylacyjne cząsteczek wieloatomowych.
  4. Drgania sieci krystalicznej; fonony optyczne i akustyczne.
  5. Struktura elektronowa cząsteczek:
    1. stany elektronowe cząsteczek;
    2. energie stanów elektronowych;
    3. orbitale molekularne.
  6. Pochodzenie pasm energetycznych w ciele stałym:
  7. Struktura krystaliczna diamentu i krzemu:
    1. wiązania kowalencyjne;
    2. symetria kryształu.
  8. Struktura krystaliczna grafitu i fulerenów.
  9. Typy wiązań atomów węgla.
  10. Elektronowe widma pasmowe cząsteczek:
    1. absorpcja promieniowania;
    2. zasada Francka-Condona;
    3. moment przejścia;
    4. reguły wyboru dla przejść optycznych;
    5. emisja promieniowania;
    6. widmo absorpcji w podczerwieni.
  11. Klasyczna teoria rozpraszania Ramana:
    1. rozproszenie Rayleigha;
    2. rezonansowe rozproszenie Ramana;
    3. widmo rozproszenia ramanowskiego – widmo stokesowskie i antystokesowskie;
    4. polaryzacja promieniowania rozproszonego.
  12. Układy doświadczalne do badania widm Ramana:
    1. monochromator – układ optyczny i zasada działania;
    2. budowa i zasada działania laserów;
    3. fotopowielacz – budowa i zastosowanie.

Zestaw przyrządów

  1. Spektrometr ramanowski LabRam Aramis firmy Horiba Yobin Yvon.
  2. Kamera CCD Synapse firmy Horiba Yobin Yvon.
  3. Joystick sterowania stolikiem XYZ mikroskopu.
  4. Dwa oświetlacze mikroskopu dla próbek przeźroczystych i nieprzeźroczystych.
  5. Transformator.
  6. Zasilacz do stolika XYZ mikroskopu.
  7. Zasilacz kamery CCD.
  8. Zasilacze laserów: He-Ne i YAG:Nd.
  9. Zestaw komputerowy.

Literatura

  1. C. Kittel – „Wstęp do fizyki ciała stałego”, PWN, Warszawa 1999.
  2. J.P. Simons – „Fotochemia i spektroskopia”, PWN, Warszawa 1976.
  3. Z. Kęcki – „Podstawy spektroskopii molekularnej”, PWN, Warszawa 1992.
  4. Fotochemia i spektroskopia optyczna, ćwiczenia laboratoryjne”, pod redakcją J. Najbara,
    A. Turka, PWN, Warszawa 2009.
  5. H. Haken, H. C. Wolf – „Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej”, PWN, Warszawa 2010.
  6. P. Kowalczyk – „Fizyka cząsteczek”, PWN, Warszawa 2000.
  7. E.U. Condon & G. H. Shortley – “The Theory of Atomic Spectra”, Athenaeum Press Limited, Newcastle upon Tyne, 1991.
  8. J. R. Ferraro, K. Nakamoto, C. W. Brown – “Introductory Raman Spectroscopy”, Elsevier, 2003.
  9. R. L. Mc Creery – “Raman Spectroscopy for Chemical Analysis” in Chemical Analysis v. 157, editor J. D. Winefordner.
  10. Ch. Kittel – “Introduction to Solid State Physics”, Wiley, 2004.
  11. H. Haken, H.Ch.Wolf – “Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry”, Springer 1995.
  12. J.P. Simons – “Photochemistry and Spectroscopy”, Wiley, 1971.
  13. F. Mayinger, O. Feldmann – “Optical Measurements”, Springer, 2001.

 

Raman spectra of single crystals of silicon (Si) and diamond (C)

Background theory

  1. Motion of nuclei in diatomic and polyatomic molecules:
    1. harmonic oscillator model;
    2. anharmonic oscillator model.
  2. Molecular vibrations of polyatomic molecules.
  3. Oscillating spectra of polyatomic molecules.
  4. Lattice vibrations, optical and acoustic phonons.
  5. Electron structure of molecules:
    1. electron states in molecules;
    2. energies of electron states;
    3. molecular orbitals.
  6. Origin of energy bands in solids:
  7. Crystal structure of diamond and silicon:
    1. covalent bonds;
    2. crystal symmetries.
  8. Crystal structure of graphite and fullerenes.
  9. Types of bonds in carbon atoms.
  10. Electronic band spectra of molecules:
    1. absorption of radiation;
    2. Franck-Condon principle;
    3. transition moment;
    4. selection rules for optical transitions;
    5. emission of radiation;
    6. infrared absorption spectrum.
  11. Classical theory of Raman scattering:
    1. Rayleigh scattering;
    2. Raman resonance scattering;
    3. Raman scattering spectrum – Stokes and anti-Stokes spectrum;
    4. polarisation of scattered radiation.
  12. Experimental setups to study Raman spectra:
    1. monochromator – optical system and principle of operation;
    2. design and operation of lasers;
    3. photomultiplier tube – construction and use.

 

Apparatus

  1. LabRam Aramis Raman spectrometer from Horiba Yobin Yvon.
  2. Synapse CCD camera from Horiba Yobin Yvon.
  3. Control joystick for the microscope’s adjustable sample table.
  4. Two microscope illuminators for transparent and opaque samples.
  5. Transformer.
  6. Sample table power supply.
  7. CCD camera power supply.
  8. He-Ne and YAG:Nd lasers’ power supplies.
  9. Computer.

 

Literature

  1. E.U. Condon & G. H. Shortley – “The Theory of Atomic Spectra “, Athenaeum Press Limited, Newcastle upon Tyne, 1991.
  2. J. R. Ferraro, K. Nakamoto, C. W. Brown – “Introductory Raman Spectroscopy”, Elsevier, 2003.
  3. R. L. Mc Creery –  “Raman Spectroscopy for Chemical Analysis” in Chemical Analysis v. 157, editor J. D. Winefordner.
  4. Ch. Kittel – “Introduction to Solid State Physics”, Wiley, 2004.
  5. H. Haken, H.Ch.Wolf – “Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry”, Springer 1995.
  6. J.P. Simons – “Photochemistry and Spectroscopy”, Wiley, 1971.
  7. F. Mayinger, O. Feldmann – “Optical Measurements”, Springer, 2001.

0 komentarzy:

Dodaj komentarz

Chcesz się przyłączyć do dyskusji?
Feel free to contribute!

Dodaj komentarz