Thematische Schwerpunkte:

1. Molekulare Festk�rperschichten und Nanokomposite

2. Angewandte D�nnschichtspektroskopie

3. Lehre

1. Molekulare Festk�rperschichten und Nanokomposite

Im Zentrum des Interesses der Arbeitsgruppe stehen die optischen Eigenschaften d�nner bevorzugt organischer bzw. heterogener Festk�rperschichten. Das Arbeitsspektrum umfa�t 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.
• Pr�paration und Analyse ultrad�nner 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 Universit�t Chemnitz:

• Professur Analytik an Festk�rperoberfl�chen (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 oberfl�chenverst�rkte Ramanspektroskopie der Schichten dadurch realisiert werden, da� 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 Verst�ndnis des Wechselspiels zwischen experimentell einstellbaren Schichtabscheideparametern und den erzielten Schichtstrukturen beitragen.
• Professuren Technische Physik (Prof. Hecht) und Festk�rperphysik (Prof. Richter)
  Pr�paration ausgew�hlter anorganischer Modellsysteme

Kooperationen: Ausw�rtig

• RWTH Aachen: Clusterphysik (Prof. Kreibig)
  Berechnung der optischen Eigenschaften von Systemen mit eingebauten metallischen Nanoclustern
• Universit�t Regensburg:
  Nichtlineare optische Eigenschaften heterogener Festk�rperschichten

Ausgew�hlte 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. Lin�, 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
Festk�rperprobleme/ Advances in Solid State Physics 39, (1999), 151 - 160

Abb.1: Lage der Plasmonenresonanz von Silber- und Indiumclustern, die in ultrad�nnen 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 D�nnschichtspektroskopie

Schwerpunktm��ig werden hier (d�nnschicht-)optische Analyse- und Beschreibungsmethoden im Hinblick auf angewandte Fragestellungen eingesetzt. Das Arbeitsspektrum umfa�t klassische Fragen der D�nnschichtanalytik wie optische Dicken-, Brechzahl- und Absorptionskoeffizientbestimmung an verschiedenartigen optischen Materialien und weiterf�hrende applikative Fragestellungen, beispielsweise zur Solarenergienutzung. Aktuelle Arbeiten beziehen sich auf die Nutzung neuronaler Netze zur Auswertung von D�nnschichtspektren.
Im Rahmen der genannten Schwerpunkte werden auch Messungen bzw. Berechnungen f�r ausw�rtige Einrichtungen angeboten, so z.B. f�r die Textil- und Umweltbranchen. Die Spektrenauswertung erfolgt im wesentlichen mit selbsterstellter Software, die je nach vom Anwendungsgebiet diktierter Notwendigkeit laufend weiterentwickelt wird.

Ausw�rtige Verbindungen:

• S�chsisches Textilforschungsinstitut e.V. (Chemnitz)
• IfU GmbH, Privates Institut f�r Umweltanalysen (Fl�ha)
• Gesellschaft f�r Proze�rechnerprogrammierung mbH (Chemnitz)

Ausgew�hlte 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. R�der, 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 d�nnen Schichten , die von einem neuronalen Netz erkannt werden sollen

Abb.4 Transmissions- und Reflexionsspektrenfit f�r eine Fullerenschicht auf Quarzglas, relevant z.B. f�r zerst�rungsfreie 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 prim�r an Physikstudenten des 3. und 4. Studienjahres. Es ist beabsichtigt, im j�hrlichen Wechsel eine zweisemestrige Grundlagenvorlesung und eine einsemestrige speziellere Vorlesung zur nichtlinearen Optik anzubieten.
Nach Vereinbarung k�nnen zus�tzliche Lehrveranstaltungen zu Grundlagen der D�nnschichtoptik durchgef�hrt werden. Weiterhin bestehen M�glichkeiten zur Durchf�hrung 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 D�nnschichten mit eingelagerten Metallclustern

(Dissertation, Chemnitz 1996)

Steffen Wilbrandt:

Optische Charakterisierung heterogener D�nnschichtsysteme 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 D�nnschichtspektrum: 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 Molek�lphysik ebenso auf wie in der Festk�rperphysik - sie bildet das Fundament f�r einen Vielzahl analytischer Me�methoden, die neben der Physik vor allem die Chemie und in zunehmendem Ma�e auch die Biologie erobert haben. In diesem Buch wird die Problematik aus der Sicht des D�nnschichtphysikers dargestellt, f�r den die �blichen spektroskopischen Analysemethoden wegen der speziellen Geometrie seines Untersuchungsobjektes nicht ohnen weiteres �bernehmbar sind. Anliegen des Autors war es, Studenten h�herer Semester und Doktoranden ein Material in die Hand zu geben, das eine Br�cke zwischen den im Grundstudium vermittelten Kenntnissen und der optischen und spektroskopischen Spezialiteratur schafft. Aus Lehrveranstaltungen f�r Physikstudenten und Doktoranden hervorgegangen, bietet das vorliegende Lehrbuch willkommene Hilfe f�r all jene, zu deren Aufgaben die Beurteilung und Auswertung optischer Spektren geh�rt.
Gliederung des Lehrbuches: Das D�nnschichtspektrum: Ein Zugang von den Grundlagen zur Spezialliteratur
I. Klassische Behandlung der Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie Die lineare Suszeptibilit�t Klassische Ausdr�cke f�r Suszeptibilit�ten Ableitungen aus dem Oszillatormodell Anwendungen des Oszillatormodells Die Messung am Untersuchungsobjekt Vorder- und R�ckseite der Probe Herleitung d�nnschichtoptischer Formeln Spektren von Einfachschichten Die Kramers-Kronig-Methode Grundbegriffe der nichtlinearen Optik	II. Ausgew�hlte 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 Lichtintensit�ten Suszeptibilit�ten h�herer Ordnung

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(�) L. Feige, 07.01.2000