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 und Forschungsgruppenleitern.

Abteilung Theorie der elektronischen Struktur mehr
Abteilung Festkörper-Spektroskopie mehr
Abteilung Nanowissenschaften mehr
Abteilung Physikalische Festkörperchemie mehr
Abteilung Festkörper-Quantenelektronik mehr
Abteilung Quanten-Vielteilchensysteme mehr
Abteilung Niedrigdimensionale Elektronensysteme mehr
Abteilung Theorie der elektronischen Struktur mehr
Abteilung Anorganische Festkörperchemie mehr
Licht macht Ionen Beine
Die erstmals nachgewiesene Lichtsteuerung des Stromtransportes durch geladene Atome macht neue Anwendungen denkbar mehr
Kernspintomograf für einzelne Proteine
Dank einer verbesserten Auflösung kann ein Quantensensor einzelne Atome in Biomolekülen erkennen mehr
Ein neuer Fotokatalysator speichert die Energie des Sonnenlichts und könnte den Kern einer solaren Batterie bilden mehr
Der erste Blick auf ein einzelnes Protein
Mit Elektronen-Hologrammen lässt sich ein gefaltetes Eiweißmolekül zerstörungsfrei abbilden mehr
Elektronen in Nahaufnahme
Nahe am absoluten Nullpunkt zeigen die Teilchen ihre Quantennatur mehr

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.
Seit ihrer Entdeckung vor 100 Jahren wecken Supraleiter die Hoffnung, dass sie Strom ohne Verlust leiten könnten. Aber wie verlieren unkonventionelle Supraleiter ihren Widerstand?

Blutprobe im Nanotest

MPF 3 /2010 Material & Technik
Mit hochempfindlichen Diagnosechips wollen Forscher die Analyse von Blutproben revolutionieren.
Ingenieur/-in für Physikalische Technik
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart 13. Juli 2018
Facharbeiter/-in Kältetechnik/Lüftungstechnik
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart 5. Juli 2018

Im Vergleich zu Transistoren auf der Basis anorganischer Halbleiter lassen sich organische Transistoren bei deutlich niedrigeren Temperaturen von etwa 100 Grad Celsius herstellen. Dies ermöglicht die Herstellung elektronischer Systeme auf diversen Substraten wie Kunststoff, Papier, oder Textilien. Da solche elektronischen Systeme für mobile Anwendungen von Interesse sind, spielt eine möglichst niedrige Versorgungsspannung der Transistoren eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund haben wir einen extrem dünnen Gate-Isolator entwickelt, der die notwendige Versorgungsspannung auf 0,7 Volt reduziert.

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Quantenchemische Verfahren zur Beschreibung der elektronischen Struktur von Materialien

2017 Grüneis, Andreas; Alavi, Ali
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Mit quantenchemischen Verfahren zur Beschreibung der elektronischen Struktur von Materialien lassen sich starke elektronische Korrelationseffekten mit hoher Genauigkeit vorhersagen. Wegen der zur Berechnung und Speicherung der Viel-Elektronen-Wellenfunktion notwendigen Rechenleistung sind diese Methoden aber oft nicht anwendbar. In diesem Review berichten wir über neue Fortschritte, dank derer sich Moleküle und Festkörper mit hochgenauen Verfahren berechnen und die dazu notwendigen Rechenleistungen drastisch reduzieren lassen.

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Lithium ultraschnell zwischen zwei Graphenlagen

2017 Kühne, Matthias; Paolucci, Federico; Popovic, Jelena; Maier, Joachim; Smet, Jurgen H.
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften
In Analogie zur Lithium-Ionen-Technologie wird Doppellagen-Graphen erstmals als Elektrode in einer miniaturisierten elektrochemischen Zelle betrieben. Ihr innovatives Design ermöglicht den Einsatz von Elektronentransport-Methoden, die in der Untersuchung von Nanostrukturen und niederdimensionalen Systemen bereits etabliert sind. Dank der ungewöhnlichen Kombination lässt sich die Bewegung von Lithium-Ionen, die reversibel zwischen die Kohlenstoffschichten von Doppellagen-Graphen eingelagert werden können, direkt untersuchen. Ihre Beweglichkeit ist in dem Nanomaterial viel höher als in Graphit. mehr

Die quantenmechanische Verschränkung von Elektronen in Festkörpern und deren ungewöhnliche Facetten

2016 Takagi, Hidenori
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Die substantielle quantenmechanische Verschränkung (Korrelation) der Elektronen in Übergangsmetallverbindungen führt zu einer großen Vielfalt von Elektronenzuständen, die sich in Analogie zu den klassischen Aggregatzuständen als fest, flüssig oder gasförmig beschreiben lassen. In diesen Systemen wechselwirken, bei schweren Elementen relativistisch, die verschiedenen Freiheitsgrade der Elektronen wie Ladung, Spin- und Bahndrehimpuls sowie Orbitalbesetzung. Beispiele sind Mott-Isolatoren, die auf Spin-Bahn-Kopplung zurückzuführen sind, Dirac-Elektronengase und Quanten-Spin-Flüssigkeiten.

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Magnetismus am Limit

2016 Loth, Sebastian
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Atomar kleine Magnete verhalten sich grundlegend anders als makroskopische Magnete. Quantenmechanische Phänomene bestimmen ihre Stabilität und Dynamik. Mit Rastersondenmethoden können einzelne Quantenmagnete Atom für Atom hergestellt und untersucht werden. So lassen sich auf atomarer Skala neue Konzepte für ultradichte Datenspeicher sowie für hochempfindliche magnetische Sensoren erforschen.

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