Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Nimmt Lanthannickeloxid Wasserstoff auf, ändert sich sich seine elektrische Leitfähigkeit

Die Direktorin am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart wird für die Entwicklung neuer Materialien für die Energiewende geehrt

Forschende entdecken im äußeren Zahnschmelz verschiedener Nagetierarten Arten ein eisenhaltiges Material, das auch menschliche Zähne widerstandsfähiger machen könnte

Rund die Hälfte der Max-Planck-Anträge auf einen ERC Advanced Grant war erfolgreich

Ein extrem schnelles Mikroskop ermöglicht ungeahnte Einblicke in die Dynamik von Elektronen in Molekülen

Die Sonne schickt mehr Energie auf die Erde, als die Menschheit benötigt. Forschende um Bettina Lotsch, Direktorin am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, arbeiten an Materialien, die helfen sollen, dieses großzügige Angebot für viele Zwecke nutzbar zu machen – nicht nur für die Energiewende.

Darauf mussten Pianisten lange Zeit verzichten: das Tastengefühl, das ihnen Elfenbein gibt. Dieter Fischer, Sarah Parks und Jochen Mannhart, die am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart gewöhnlich quantenelektronische Phänomene erforschen, haben Abhilfe geschaffen – mit synthetischem Elfenbein. Nun will ein Start-up-Unternehmen das Material im großen Stil produzieren, und das nicht nur für Pianotasten.

Als Brillanten können sie ein betörendes Feuer versprühen, doch das reizt Jörg Wrachtrup weniger an den Edelsteinen. Der Physikprofessor an der Universität Stuttgart und Fellow am dortigen Max-Planck-Institut für Festkörperforschung arbeitet mit eher unscheinbaren Diamanten. Daraus entwickelt sein Team Sensoren, um die molekulare Maschinerie einer lebenden Zelle live zu beobachten. Von den Einblicken in die Nanowelt könnte auch die Medizin profitieren.

Jüngst wurde Supraleitung in zwei Strukturtypen von Nickelaten entdeckt. Zur detaillierten Untersuchung züchteten wir große Kristalle. Bei Nickelat-Einkristallen mit sich unendlichen wiederholenden Schichten zeigte sich, dass das Fehlen der Supraleitung höchstwahrscheinlich auf die begrenzte Löslichkeit der Dotierung zurückzuführen ist. In Einkristallen von La₃Ni₂O₇ fanden wir mehrere kristallographische Phasen. Sie zeigen eine starke Empfindlichkeit gegenüber der Sauerstoffstöchiometrie, was ihre physikalischen Eigenschaften und die deutliche Druckabhängigkeit der Supraleitung erklärt.

Supraleitung bei normalen Umgebungbedingungen wäre ein Durchbruch mit hoher gesellschaftlicher Relevanz. Doch die besten Hochtemperatur-Supraleiter, die Kuprate, erreichen bislang nur -130 °C. Einige ihrer Eigenschaften geben bislang Rätsel auf, darunter eine sogenannte Pseudogap-Phase bei höheren Temperaturen. Forschende am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung konnten zeigen, dass das im Kern einfache Hubbard-Modell eine solche Phase aufweist. Ihnen gelang eine analytische Theorie, die intuitiv verstehbar ist. Mit ihr gelingt es, Messgrößen näherungsweise zu berechnen.

Starke Wechselwirkungen zwischen Elektronen spielen eine zentrale Rolle bei der Hochtemperatur-Supraleitung von dotierten Kupraten. Die Entdeckung dieser Eigenschaft in den isostrukturellen und isoelektronischen Nickeloxiden ist bedeutsam, obwohl sie sich erst drei Jahrzehnte nach ihrer Entdeckung in Kupraten realisieren ließ. Durch den Einsatz von ab-initio Quantenchemiemethoden untersuchen wir die Unterschiede in der elektronischen Struktur dieser scheinbar ähnlichen Systeme und schließen damit Rückschlüsse auf die mikroskopischen Ursachen des Phänomens.

Historische kalkhaltige Objekte, wie z. B. antike Amphoren, sind während der Lagerung in Museen einer Vielzahl von Umwelteinflüssen über Jahrhunderte ausgesetzt. Besonders häufig treten weiße, nadelförmige Ausblühungskristalle auf kalkhaltigen Objekten auf. Dieses Phänomen ist als „Bynes Krankheit“ bekannt. Die teilweise äußerst komplexen Kristallstrukturen einiger dieser Verbindungen konnten wir anhand von Röntgen-Beugungsdaten an Pulvern entschlüsseln. Neben dem rein wissenschaftlichen Interesse konnten wir auch Beiträge zum Erhalt der kalkhaltigen Kulturgüter liefern.

Unter hohem Druck lassen sich Quantenmaterialien mit beispiellosen Eigenschaften synthetisieren. Das bei einem Druck von 12 GPa synthetisierte, im Perowskit-Typ kristallisierende Antimonat Ba_1−xK_xSbO₃ (BKSO) wird bei einer Temperatur unterhalb von T_c = 15 K (x=0,65) supraleitend. Der verwandte Perowskit Ba_1−xK_xBiO₃ (BKBO) weist sogar eine Sprungtemperatur von T_c = 30 K (x=0,40) auf. Beide Verbindungen unterscheiden sich in der Verteilung der Valenzelektronen auf die Kationen (Sb oder Bi) und die Liganden (O). In BKSO werden Hinweise auf kovalente Metall-Sauerstoff-Bindungsanteile gefunden.