Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Lithiumbatterien, die Elektroautos mit Strom versorgen, Supraleiter, die Strom über weite Strecken ohne Verlust leiten, Solarzellen, die die Sonnenenergie ernten – alles Beispiele, die auf den elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften fester Stoffe beruhen. Mit solchen Phänomenen befassen sich die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung. Zu den Festkörpern zählen Metalle, Keramiken, aber auch Kristalle organischer Moleküle. Wie die Strukturen dieser Materialien ihre elektrischen, mechanischen oder magnetischen Eigenschaften beeinflussen, wollen Festkörperforscher verstehen. Im Blick haben sie insbesondere Festkörper im Nanomaßstab, die sich anders verhalten als Materialien in größeren Dimensionen. Ihr Verhalten zu kontrollieren ist Voraussetzung, um elektronische Schaltkreise weiter zu verkleinern oder die Elektronik nach dem Siliziumzeitalter vorzubereiten.

Kontakt

Heisenbergstraße 1
70569 Stuttgart
Telefon: +49 711 689-0
Fax: +49 711 689-1010

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):

IMPRS for Condensed Matter Science

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren bzw. Direktorinnen und in den Forschungsgruppen.

Abteilung Theorie der elektronischen Struktur

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Abteilung Festkörper-Spektroskopie

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Abteilung Nanowissenschaften

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Abteilung Physikalische Festkörperchemie

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Abteilung Festkörper-Quantenelektronik

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Abteilung Quanten-Vielteilchensysteme

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Abteilung Theorie der elektronischen Struktur

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Abteilung Anorganische Festkörperchemie

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Abteilung Niedrigdimensionale Elektronensysteme

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Die Max-Planck-Gesellschaft und die Alexander von Humboldt-Stiftung zeichnen Pablo Jarillo-Herrero, Anastassia Alexandrova und Sumit Gulwani aus

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Eine neue Technik ermöglicht es, die räumliche Struktur von Polysacchariden mit einem Rastertunnelmikroskop abzubilden

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Erstmals lassen sich kristalline Schichten der Edelmetalle erzeugen, die nur aus einer Atomlage bestehen und halbleitend sind

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Eine neue Form der Spektroskopie liefert Erkenntnisse für die Entwicklung von widerstandslosen Stromtransportern bei Raumtemperatur

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Ein Salz, das sich durch Korrosion an einem restaurierten Kunstwerk gebildet hat, besitzt eine aus der Biologie bekannte Struktur

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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.

Die Nanoelektronik ist Verheißung und Herausforderung gleichermaßen. Denn in ihren winzigen Dimensionen zeigen Elektronen, die das Betriebsmittel elektronischer Bauteile bilden, manche exotischen Quanteneffekte. Ihr Verhalten in Nanostrukturen untersuchen die Wissenschaftler in Klaus Kerns Abteilung am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart mit extrem empfindlichen Methoden.

In kaum einen Stoff setzen Materialwissenschaftler so große Hoffnungen für die Elektronik der Zukunft wie in Graphen. Die Teams um Klaus Müllen, Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, und um Jurgen Smet, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, arbeiten daran, dass sich diese Hoffnungen erfüllen.

Druckbar, flexibel und preiswert - diese Eigenschaften versprechen Ingenieure sich von der organischen Elektronik. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung untersuchen verschiedene Materialien, aus denen sich rollbare Bildschirme oder billige Chips für Massenprodukte herstellen lassen.

Neues vom Rand der Quantenwelt

2020 Boschker, Hans; Braak, Daniel; Bredol, Philipp; Mannhart, Jochen

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften Quantenphysik

Der Grenzbereich zwischen der Quantenwelt und der Alltagswelt der klassischen Physik erlaubt dieRealisierung von Phänomenen und Bauelementen mit überraschenden, bahnbrechenden Eigenschaften und Funktionen. Die nicht-unitäre Quantenelektronik nutzt diesen Bereich, indem sie gezielt die Entwicklung von Quantenzuständen gemäß der Schrödinger-Gleichung mit Quantensprüngen, der Dekohärenz und dem Kollaps von Quantenwellen kombiniert. Entsprechende elektronische oder photonische Bauelemente verlassen den Rahmen bislang bekannter, grundlegender Gesetze der Physik.      

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Higgs-Spektroskopie in Hochtemperatur-Supraleitern

2020 Kaiser, Stefan

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften Quantenphysik

Mit der Higgs-Spektroskopie haben wir eine neue Methode zur Untersuchung von Quantenmaterialien, insbesondere von Hochtemperatur-Supraleitern, entwickelt. Dazu regen wir mittels Terahertz-Lasern Higgs-Moden als kollektive Schwingungen eines Supraleiters an. So können wir direkt auf die Dynamik des Supraleiters und dessen Kopplungen an externe Moden zugreifen. Neben neuen Einblicken in die Hochtemperatur-Supraleitung und die Möglichkeit zu deren optischer Kontrolle, lässt sich die Higgs-Spektroskopie als neue Methode auch auf Kondensate in weiteren Quantenmaterialien übertragen.

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Magnetische Anregungen in Mikrokristallen

2019 Keimer, Bernhard

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften Quantenphysik

Ein neuartiges Röntgen-Spektrometer erlaubt präzise Untersuchungen kollektiver Anregungen in Quantenmaterialien, auch wenn diese nur in mikrokristalliner Form hergestellt werden können. Erste Experimente mit diesem am MPI für Festkörperforschung entwickelten Instrument liefern eine mikroskopische Erklärung für die außerordentlich hohe magnetische Ordnungstemperatur einer Ruthenium-Verbindung, deren Ursprung zuvor rätselhaft war. Diese Ergebnisse eröffnen vielfältige neue Perspektiven für die Erkundung mikroskopischer Wechselwirkungen und kollektiver Quantenphänomene in Festkörpern.  

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Maßgeschneiderte Quantenmaterialien

2019 Benckiser, Eva

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften Quantenphysik

An Grenzflächen zwischen komplexen Übergangsmetalloxiden mit unterschiedlichen strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften können sich neue Phasen bilden, die in den Phasendiagrammen der einzelnen Komponenten nicht auftreten. In einer Heterostruktur mit ultradünnen Mehrfachschichten dominieren diese Grenzflächeneigenschaften und ermöglichen so die gezielte Realisierung neuer, technologisch nutzbarer Materialien. Unsere Arbeitsgruppe untersucht Modellsysteme mittels Röntgenspektroskopie mit dem Ziel, allgemeine Prinzipien für Modifikationen an Grenzflächen abzuleiten.

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Wie und wie schnell ändern Feststoffe ihre Zusammensetzung?

2018 Merkle, Rotraut; Maier, Joachim

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik

Feststoffe können – innerhalb gewisser Grenzen – ihre Zusammensetzung ändern. Da in diesem zumeist sehr kleinen Bereich die Konzentrationen der ionischen und elektronischen Ladungsträger über Größenordnungen variieren, ist dieser Prozess nicht nur von grundlegendem Interesse, sondern auch für Anwendungen wie Sensoren, Brennstoffzellen und Batterien von großer Relevanz. Das Verständnis der Kinetik solcher Zusammensetzungsänderungen ist Voraussetzung für eine gezielte Funktionseinstellung.

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