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
Kernspintomograf für einzelne Proteine
Dank einer verbesserten Auflösung kann ein Quantensensor einzelne Atome in Biomolekülen erkennen mehr

Solarenergie auf Abruf

Forschungsmeldung 14. Februar 2017
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
Nanotechnologie: Molekulares Lego mit verstecktem Bauplan

Ein passend gewähltes Peptid bildet auf einer Oberfläche in einem selbstorganisierten Prozess eine Bienenwabenstruktur

mehr
Mit Licht zu Wasserstoff

Mit Licht zu Wasserstoff

Forschungsmeldung 30. September 2015
Eine organische Gerüstverbindung dient als Katalysator, um aus Wasser photolytisch Wasserstoff herzustellen mehr
Touchless- statt Touchscreen

Touchless- statt Touchscreen

Forschungsmeldung 24. September 2015
Berührungslose Bildschirme sprechen auf Feuchtigkeit an, die der menschliche Körper abgibt mehr
Gerüstverbindungen: metallorganischer Strukturwandel
Mit der Pulver-Röntgenbeugung lässt sich die Mechanosynthese von Käfigverbindungen, die sich als Gasspeicher eignen, in Echtzeit verfolgen mehr
Magnetresonanz am einzelnen Protein

Magnetresonanz am einzelnen Protein

Forschungsmeldung 6. März 2015
Mit einem besonders empfindlichen magnetischen Sensor lässt sich die Form und Bewegung von Biomolekülen beobachten mehr
Eine Nanolampe mit blitzschnellem Schalter

Eine Nanolampe mit blitzschnellem Schalter

Forschungsmeldung 3. November 2014
Eine Lichtquelle und ihre transistorgesteuerte Helligkeitsregelung schrumpfen auf die Größe eines einzelnen Moleküls mehr
Ein Kristall auf dem Sprung

Ein Kristall auf dem Sprung

Forschungsmeldung 9. Oktober 2014
Erkenntnisse zu Strukturumwandlungen erklären, warum manche Kristalle unter mechanischer Spannung hüpfen und andere zerbröseln mehr
Nanoröhrchen nach Maß

Nanoröhrchen nach Maß

Forschungsmeldung 7. August 2014

Aus geeigneten Vorläufermolekülen lassen sich Kohlenstoffnanoröhrchen gezielt mit einer gewünschten Struktur herstellen

mehr
Das atomare Bild des Magnetismus

Das atomare Bild des Magnetismus

Forschungsmeldung 31. Juli 2014
Mit der genauen Analyse magnetischer Strukturen wird es möglich, die Natur der Hochtemperatursupraleiter zu ergründen mehr
Atom und Molekül auf einer Wellenlänge

Atom und Molekül auf einer Wellenlänge

Forschungsmeldung 30. April 2014
Aromatische Verbindungen dienen als Quellen einzelner Photonen und werden für die Quanteninformationsverarbeitung mit Alkalimetallen kombiniert mehr
Quantenrechnung im Diamanten

Quantenrechnung im Diamanten

Forschungsmeldung 29. Januar 2014
In einem Quantenregister aus Kernspins des Edelsteins sind eine logische Operation und eine Fehlerkorrektur gelungen mehr
Quantensprünge unter der Nadel
Die Nanoelektronik ist Verheißung und Herausforderung zugleich. Denn in ihren winzigen Dimensionen zeigen Elektronen - das Betriebsmittel elektronischer Bauteile - manche exotischen Quanteneffekte. Ihr Verhalten in Nanostrukturen erforschen die Wissenschaftler in Klaus Kerns Abteilung am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart. mehr
Widerstand schlägt Wellen

Widerstand schlägt Wellen

Forschungsmeldung 19. Dezember 2013
Das Verständnis, unter welchen Bedingungen Supraleitung entsteht und wie sie sich bei praxistauglichen Temperaturen realisieren lässt, wächst mehr
Neuer Katalysator für Brennstoffzelle

Neuer Katalysator für Brennstoffzelle

Forschungsmeldung 12. Dezember 2013
Forscher entdecken möglichen Ersatz für Platin mehr
Eine Goldmine für die Nanoelektronik

Eine Goldmine für die Nanoelektronik

Forschungsmeldung 27. März 2013
Das Mineral Kawazulit gehört zu den topologischen Isolatoren, die als Materialien für die Spintronik interessant sind mehr
Keramik zum Falten

Keramik zum Falten

Forschungsmeldung 14. März 2013
Eine raffinierte Nanostruktur macht ein hauchdünnes Papier aus elektrisch leitenden Vanadiumoxidfasern bruchfest und biegsam mehr
Kernspin-Untersuchungen in der Nanowelt

Kernspin-Untersuchungen in der Nanowelt

Forschungsmeldung 7. Februar 2013
Eine neue Form der NMR-Technik schafft die Voraussetzungen, um die Struktur winziger Proben zu untersuchen mehr
Konstruktiver Konflikt im Supraleiter

Konstruktiver Konflikt im Supraleiter

Forschungsmeldung 17. August 2012
Ladungsdichtewellen verbessern das Verständnis des widerstandslosen Stromtransports und könnten ein ungewöhnliches Zusammenspiel von supraleitenden und magnetischen Materialien erklären mehr
Der kleinste Magnetspeicher der Welt

Der kleinste Magnetspeicher der Welt

Forschungsmeldung 12. Januar 2012
Ein Datenbit lässt sich in einem Antiferromagneten aus zwölf Eisenatomen unterbringen – das könnte die Speicherdichte 100fach erhöhen mehr
Ein flächendeckendes Modell-Enzym

Ein flächendeckendes Modell-Enzym

Forschungsmeldung 19. Dezember 2011
Ein selbstorganisiertes, metallorganisches Netz spaltet Sauerstoff und vereinigt dabei die Vorteile eines Enzyms und eines heterogenen Katalysators mehr
Quanten-Duett mit zwei Atomen

Quanten-Duett mit zwei Atomen

Forschungsmeldung 15. September 2011
Zwei Atome wechseln zwischen magnetischer Ordnung und nicht-magnetischem Kondo-Zustand mehr
Mikroskopie auf einen atomaren Punkt gebracht

Mikroskopie auf einen atomaren Punkt gebracht

Forschungsmeldung 1. September 2011
Die Quantenpunkt-Kontakt-Mikroskopie bildet Oberflächen mit atomarer Auflösung ab mehr
Organische Elektronik: Aromatische Chips

Organische Elektronik: Aromatische Chips

Forschungsmeldung 1. Juli 2011
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 erforschen verschiedene Materialien, aus denen sich rollbare Bildschirme oder billige Chips für Massenprodukte herstellen lassen. mehr
Materialforschung in neuer Dimension

Materialforschung in neuer Dimension

Forschungsmeldung 19. Mai 2011
Die elektronischen und magnetischen Eigenschaften dünner Schichten hängen von der Zahl der übereinander gestapelten Atomlagen ab mehr
Sensorchip soll in mobilen Diagnosegeräten eingesetzt werden
Mit Nanoröhrchen auf einem Chip lassen sich selbst kleinste Spuren von Erbsubstanz schell und zuverlässig nachweisen mehr

Quantentechnik mit Vielteilchensystemen

Forschungsmeldung 18. Oktober 2010
Eine Keramik, die Hitze kaltlässt<br />

Eine Keramik, die Hitze kaltlässt

Forschungsmeldung 22. Juli 2010
Eine Menge Energie ließe sich sparen, wenn Turbinen und Verbrennungsmotoren bei höheren Temperaturen als bislang arbeiteten. Eine besonders hitzeresistente amorphe Keramik macht das möglich. Inzwischen ist der Werkstoff reif für den Markt. mehr
Graphen auf Ladungsentzug

Graphen auf Ladungsentzug

Forschungsmeldung 9. Juli 2010
Wird Graphen von elektrischer Ladung befreit, zeigt es seine Halbleiter-Eigenschaften mehr
Eine Spur zur versteckten Ordnung

Eine Spur zur versteckten Ordnung

Forschungsmeldung 15. Juni 2010
Ein mysteriöser Phasenübergang passt nicht in die allgemein akzeptierte Theorie mehr
Quantenturbo für verlustfreien Strom

Quantenturbo für verlustfreien Strom

Forschungsmeldung 7. Juni 2010
Quanteneffekte verstärken die Supraleitung von Zinn-Nanopartikeln drastisch mehr
Magnetismus kann Widerstand brechen

Magnetismus kann Widerstand brechen

Forschungsmeldung 21. Dezember 2009
Magnetische Wechselwirkungen bewirken, dass manche Supraleiter Strom bei relativ hohen Temperaturen verlustfrei leiten mehr

Manche mögen’s heißer

Forschungsmeldung 26. Juni 2009
Mit Beschichtungen aus neuen Keramiken können Flugzeugturbinen bei höheren Temperaturen und sparsamer arbeiten mehr
Den Weg zu Speichermedien im Nanoformat geebnet

Den Weg zu Speichermedien im Nanoformat geebnet

Forschungsmeldung 19. März 2009
Max-Planck-Forscher haben Platin- und Eisenatome in einer Lage zu stabilen Magneten zusammengesetzt mehr
Datenspeicher gehen ins Netz

Datenspeicher gehen ins Netz

Forschungsmeldung 16. März 2009
Durch die Magnetisierung von Eisenatomen in einem metallorganischen Netz werden extrem dichte Datenspeicher möglich mehr
Eine Lücke in der Supraleitung

Eine Lücke in der Supraleitung

Forschungsmeldung 21. Februar 2008
Stuttgarter Physiker entdecken eine Eigenschaft von Supraleitern, die sich mit der gängigen Theorie nicht erklären lässt mehr
Elektronen in einem flüssigen Kristall

Elektronen in einem flüssigen Kristall

Forschungsmeldung 12. Februar 2008
Ladungsträger ordnen sich im Hochtemperatursupraleiter YBCO in leitenden und nicht leitenden Bereichen an mehr
An den Grenzen der Supraleitung

An den Grenzen der Supraleitung

Forschungsmeldung 16. November 2007
Forscher haben eine neue Möglichkeit gefunden, um Supraleitung an Grenzflächen gezielt zu beeinflussen mehr
Evolution in der Nanowelt

Evolution in der Nanowelt

Forschungsmeldung 30. Oktober 2007
Erstmals ist es Forschern gelungen, molekulare Selektion in Selbstorganisationprozessen direkt zu beobachten mehr
Handschlag der Moleküle

Handschlag der Moleküle

Forschungsmeldung 20. April 2007
Wissenschaftler verfolgen auf der atomaren Skala, wie einzelne Moleküle einander erkennen mehr
Delikate Beziehungen zwischen einzelnen Spins

Delikate Beziehungen zwischen einzelnen Spins

Forschungsmeldung 26. Februar 2007
Wissenschaftler messen die magnetische Wechselwirkung zwischen einzelnen Atomen mehr
Sparsam und flexibel

Sparsam und flexibel

Forschungsmeldung 15. Februar 2007
Wissenschaftler konstruieren komplementäre Schaltkreise aus organischen Materialen mehr
Erste Messung langanhaltender magnetischer Fluktuationen in Kristallen
Deutsches Forscherteam misst erstmals Lebensdauer magnetischer Fluktuationen in einem Material mit Hilfe einer neuen Neutronenstrahltechnik mehr
Auf molekularer Achse in die Nanomechanik

Auf molekularer Achse in die Nanomechanik

Forschungsmeldung 2. September 2005
Forscher am Stuttgarter Max-Planck-Institut für Festkörperforschung nutzen Nanoröhrchen aus Kohlenstoff als Torsionsfedern mehr
&quot;Good vibrations&quot; in der Nanowelt

"Good vibrations" in der Nanowelt

Forschungsmeldung 27. September 2004
Atomare Defekte bestimmen das Schwingungsverhalten von Kohlenstoff-Nanoröhren mehr
Hochtemperatur-Supraleitung konventioneller als gedacht
Stuttgarter Max-Planck-Wissenschaftler widerlegen mit neuer hochpräziser Messtechnik eine der bisherigen Erklärungen der Hochtemperatur-Supraleitung mehr
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.
Eine Menge Energie ließe sich sparen, wenn Turbinen und Verbrennungsmotoren bei höheren Temperaturen als bislang arbeiteten. Keramische Hochtemperaturwerkstoffe machen das möglich. Martin Jansen, Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, forscht seit 20 Jahren an einem solchen neuen Werkstoff. Inzwischen ist dieser reif für den Markt.
Lithiumbatterien haben als Energiespeicher eine große Zukunft. Entdeckungen von Joachim Maier und seinen Mitarbeitern auf dem Gebiet der Nanoionik helfen, sie noch leistungsfähiger zu machen.
Turbinen und Motoren arbeiten umso effektiver, je höher ihre Betriebstemperatur ist. Beschichtungen mit einer besonders hitzeresistenten Keramik könnten daher helfen, Energie zu sparen.
Lithiumbatterien haben als Energiespeicher eine große Zukunft. Entdeckungen von Joachim Maier und seinen Mitarbeitern auf dem Gebiet der Nanoionik helfen, sie noch leistungsfähiger zu machen.
Momentan sind keine Angebote vorhanden.

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; Smet, Jurgen H.; Paolucci, Federico; Popovic, Jelena; Maier, Joachim
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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Oxidelektronik

2015 Mannhart, Jochen
Festkörperforschung Materialwissenschaften Quantenphysik
Oxidische Multilagenstrukturen bieten eine breite Vielfalt an Eigenschaften, die für die Grundlagenforschung spannend und für Anwendungen in der Elektronik wichtig sind. Hier berichten wir über die Realisierung von Transistoren und integrierten Schaltungen aus komplexen Oxiden. mehr

Sonnige Aussichten für Polymere: Molekulare Materialien für die künstliche Photosynthese

2015 Lotsch, Bettina
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften Quantenphysik
Die Erschließung alternativer Energieformen und die effiziente Umwandlung von Sonnenenergie in speicherbare „solare Brennstoffe“ sind wichtige Ziele der Materialchemie. Die Suche nach effizienten, ressourcenschonenden und kostengünstigen Photokatalysatoren führte jüngst zur Entwicklung einer neuen Generation poröser Polymere für die lichtinduzierte Wasserspaltung. Der molekulare Aufbau dieser Materialien erlaubt die rationale Synthese von Photokatalysatoren mit maßgeschneiderten Eigenschaften nach dem Vorbild der Natur. mehr

Große Moleküle unter der Nadel

2014 Rauschenbach, Stephan; Kern, Klaus
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften
Nichtverdampfbare funktionale Moleküle, wie etwa Proteine und Peptide, können durch Elektrospray-Ionisierung in intakte Ionen überführt werden. Dies ermöglicht die Deposition auf Oberflächen im Vakuum und damit deren atomar aufgelöste Untersuchung mit Rastertunnelmikroskopie. Neben einem genauen Einblick in die Struktur dieser großen Moleküle erlaubt die Elektrospray-Ionenstrahldeposition die Steuerung der molekularen Konformation in gefaltete, entfaltete oder zweidimensional gefaltete Strukturen. mehr

Epitaktisches Graphen auf Siliziumkarbid mit maßgeschneiderter elektronischer Struktur

2014 Starke, Ulrich
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Atomar dünne Kohlenstoffschichten, sogenanntes Graphen, werden auf Siliziumkarbid (SiC) hergestellt. Das Graphen entsteht durch Verdampfen der Siliziumatome aus den obersten Lagen des SiC. Damit das Graphen seine außergewöhnlichen elektronischen Eigenschaften zeigt, muss seine chemische Anbindung zur Unterlage entkoppelt werden. Dies kann durch Einbringung von Wasserstoff, sogenannter Interkalation, zur Passivierung erreicht werden. Durch Interkalation mit anderen Materialien, z. B. Germanium, ist eine gezielte Dotierung der Graphenlagen möglich.

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Neutronenspektroskopie mit Präzision

2013 Keller, Thomas; Keimer, Bernhard
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Das neu entwickelte, hochauflösende Neutronenspektrometer TRISP am FRM II in Garching erlaubt erstmals die Messung der Lebensdauern von Gitterschwingungen (Phononen) und Spinanregungen (Magnonen) in Festkörpern als Funktion von Energie und Impuls. Die an TRISP gewonnenen Daten werfen neues Licht auf einige prominente Probleme der Festkörperphysik. Dieser Artikel beschreibt die Messung der Lebensdauern von Phononen in den Supraleitern Blei und Niob, von Magnonen im Antiferromagneten MnF2 sowie die Messung der thermischen Ausdehnung von MnSi unter Extrembedingungen mittels Larmordiffraktion.

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100 Jahre nach Max von Laue – Phasenübergänge und parametrisierte Symmetriemoden: Innovative Methoden in der Kristallographie

2013 Dinnebier, Robert. E.; Etter, Martin
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften
Die Kristallographie hat seit den ersten Beugungsaufnahmen von Max von Laue vor 100 Jahren eine enorme Entwicklung durchlebt. So erlauben ortsempfindliche Detektoren und strahlungsintensive Synchrotron- und Neutronenquellen Pulverdiffraktogramme mit hoher Zeitauflösung aufzunehmen. Gerade diese hohe Auflösung erlaubt es, Phasenübergänge in Festkörpern direkt zu beobachten und diese mittels neuer Analysemethoden wie der Kopplung von Symmetriemoden und parametrischer Rietveld-Verfeinerung zu untersuchen. mehr

Die Ausnützung von Größeneffekten für die elektrochemische Energieumwandlung

2012 Maier, Joachim
Festkörperforschung Materialwissenschaften
In den letzten Jahren hat sich aufgrund unserer Aktivitäten herauskristallisiert, wie wichtig der Parameter „Größe“ für die elektrochemischen Gesamteigenschaften ist. Der Beitrag zeigt einige experimentelle Ergebnisse unserer Abteilung auf, die zugleich auf Vorhersagungen unsererseits beruhen. mehr
Die Anforderungen an die numerischen Methoden zur Berechnung der elektronischen und optischen Eigenschaften von Nanostrukturen werden erläutert. Der direkte Vergleich mit experimentellen Ergebnissen erfordert die Betrachtung einer großen Anzahl von Atomen sowie die Berücksichtigung von Korrelationen in den angeregten exzitonischen Zuständen. Ein neuer Zugang, welcher dieser schwierigen Herausforderung standhält, wird vorgestellt und ein Anwendungsbeispiel im Bereich der Erzeugung optischer verschränkter Photonen gegeben. mehr

Eisenarsenid-Supraleiter – ein Beispiel für die zentrale Rolle der Kristallzucht in der Festkörperforschung

2011 Keimer, Bernhard; Lin, Chengtian
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Die Herstellung hochwertiger Einkristalle ist von kaum zu überschätzender Bedeutung für die Festkörperforschung, denn die Aussagekraft  experimenteller Ergebnisse hängt entscheidend von der Qualität der Proben ab. Hier soll dieser Zusammenhang am Beispiel der kürzlich entdeckten Eisenarsenid-Supraleiter verdeutlicht werden. mehr

Nematische Ordnung von Elektronen in Festkörpern

2011 Metzner, Walter
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Theoretische Überlegungen haben ergeben, dass Leitungselektronen in metallischen Festkörpern unter geeigneten Umständen einen geordneten Zustand mit einer Vorzugsrichtung für die Bewegung der Elektronen annehmen können. Bei dieser nematischen Ordnung wird eine Orientierungssymmetrie des zugrunde liegenden Kristalls spontan gebrochen, nicht aber die Translationsinvarianz. Nematische Ordnung von Elektronen wurde inzwischen in zwei verschiedenen Übergangsmetalloxiden beobachtet, darunter ein Hochtemperatur-Supraleiter. mehr

Fehlendes Licht verrät ein einzelnes Nanopartikel

2010 Lippitz, Markus
Materialwissenschaften
Scheinbar identische Nanoobjekte wie Moleküle, Proteine oder Nanopartikel unterscheiden sich in Umgebung, Form oder Ausgangszustand. Mittelung über viele Nanoobjekte verwäscht so das Ergebnis eines Experiments. Nur die Messung an einzelnen Nanoobjekten liefert das volle Bild. Optische Spektroskopie einzelner absorbierender Nanoobjekte steht aber vor der Herausforderung, dass ein sehr kleines Signal vor einem großen Untergrund detektiert werden muss. Ein zweites Partikel kann jedoch als Antenne dienen und das Signal verstärken, wodurch Experimente an kleinsten Nanopartikeln möglich werden. mehr

Suche nach neuen Hochtemperatur-Supraleitern: Hinweise aus der Theorie

2010 Andersen, Ole Krogh
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Die Entdeckung neuer Supraleiter geschah fast immer empirisch, oft völlig unerwartet, und die Suche nach Materialien, die bei Raumtemperatur supraleitend sind, ist eine enorme Herausforderung. Der Mechanismus der Hochtemperatur-Supraleitung in Kupraten ist noch nicht verstanden; es wurde aber eine Korrelation zwischen gemessenen Sprungtemperaturen und berechneten Energieband-Dispersionen festgestellt. Deshalb versucht man, Materialien mit „besseren“ Bandstrukturen herzustellen. Künstliche Heterostrukturen bestehend aus Nickelaten und isolierenden Oxiden scheinen hierbei Erfolg versprechend. mehr

Symmetrien und Spins

2009 Ast, Christian R.; Kern, Klaus
Festkörperforschung
Symmetrien spielen in der Wissenschaft wie auch im täglichen Leben eine wichtige Rolle. Sie werden als ästhetisch empfunden und vereinfachen wissenschaftliche Fragestellungen. Die Reduzierung der Symmetrien kann auch dazu führen, dass bestimmte Eigenschaften eines Systems erst zugänglich werden. In der Spintronik wird dies ausgenutzt, um den Elektronenspin zu manipulieren ohne sich dabei Magnetfelder zu bedienen. Die Entwicklung von Nanostrukturen für die Spintronik wird in der Abteilung von Prof. Kern und der Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe „Elektronische Struktur an Oberflächen“ untersucht. mehr

Supraleitung in interkaliertem Graphit

2009 Kremer, Reinhard K.; Kim, Jun Sung
Chemie Festkörperforschung
Elementare supraleitende Eigenschaften der kürzlich entdeckten mit Erdalkali-Metall interkalierten Graphitverbindungen AC6 (A = Ca, Sr, Yb) werden beschrieben. Diese neuen Supraleiter weisen Sprungtemperaturen von bis zu 11,6 K auf und liegen damit etwa um eine Größenordnung höher als die bisher gefundenen Sprungtemperaturen interkalierter Graphitverbindungen. Es handelt sich bei diesen neuen Supraleitern um Systeme mit schwacher Elektron-Phonon-Kopplung und einem gering anisotropen Ordnungsparameter. Experimente und ab-initio Rechnungen stehen in gutem Einklang. mehr

Organische Elektronik

2008 Klauk, Hagen
Chemie Materialwissenschaften
Im Gegensatz zu monokristallinen Silizium-Transistoren können Transistoren auf der Basis organischer Halbleiterschichten vollständig bei Temperaturen unterhalb von 100°C gefertigt werden. Dies ermöglicht z.B. die Herstellung flexibler oder aufrollbarer Flachbildschirme. Dabei spielen insbesondere die Eigenschaften des Gate-Dielektrikums eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit der Transistoren. mehr

Elektronische Eigenschaften von Metalloxid-Grenzflächen

2008 Keimer, Bernhard; Habermeier, Hanns-Ulrich
Chemie Festkörperforschung
Metalloxide zeigen im Volumen eine Vielzahl ungewöhnlicher elektronischer Eigenschaften wie z.B. Hochtemperatur-Supraleitung und magnetische Ordnung. Dieser Artikel beschreibt die Herstellung von Heterostrukturen komplexer Metalloxide und die Charakterisierung der darin enthaltenen Grenzflächen mittels verschiedener experimenteller Methoden. Die Resultate könnten sich als wegweisend für eine neue Generation elektronischer Bauelemente erweisen. mehr

Ein Ansatz zur Syntheseplanung in der Festkörper- und Materialchemie

2007 Schön, J. Christian; Putz, Holger; Wevers, Marcus A. C.; Hannemann, Alexander; ¿an¿arevi¿, ¿eljko; Pentin, Ilya; Fischer, Dieter; Jansen, Martin
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften
Eine rationale Syntheseplanung in der Festkörperchemie als in sich geschlossenes Konzept wird vorgestellt. Die voraussetzungsfreie Vorhersage neuer Verbindungen gefolgt von der Analyse ihrer Eigenschaften führt zu deren zielgerichteter Synthese. mehr

Ferromagnetismus und Supraleitung – Die Verknüpfung von Wiedersprüchlichem in komplexen Oxiden

2007 Habermeier, Hanns-Ulrich; Cristiani, Georg; Soltan, Soltan; Albrecht, Joachim
Festkörperforschung
Heterostrukturen bestehend aus supraleitenden und ferromagnetischen Oxiden eröffnen ein neues Forschungsgebiet die gegenseitige Beeinflussung inkompatibler Grundzustände in Festkörpern zu untersuchen. Hier wird als Beispiel die Injektion spinpolarisierter Quasiteilchen in Hochtemperatursupraleiter herangezogen, um ein tieferes Verständnis der Supraleitung in Kupraten zu gewinnen. mehr

Kohlenstoff-Nanoröhrchen

2006 Roth, Siegmar
Materialwissenschaften
Kohlenstoff-Nanoröhrchen werden als Paradebeispiel für Nanostrukturen vorgestellt. Experimente zum elektrischen Ladungstransport und Methoden zur Identifizierung einzelner Nanotubes werden beschrieben. Anwendungen als Transistoren, Leiterbahnen und als elektromechanische Bauelemente werden erörtert. mehr

Atomare und elektronische Eigenschaften von Festkörpergrenzflächen

2006 Starke, Ulrich
Festkörperforschung Materialwissenschaften

Die Untersuchung von Oberflächen, Grenzflächen und dünnen Schichten stellt einen wichtigen Aspekt der Festkörperforschung dar. Die geometrische Struktur der Oberflächen kann auf atomarer Skala mit verschiedenen Mikroskopiemethoden im Realraum abgebildet werden. Die genaue atomare Struktur wird mittels Informationen aus Elektronenspektroskopie, dem Rastertunnelmikroskop und der Beugung langsamer Elektronen bestimmt. Einige Beispiele aus dem Spektrum solcher Untersuchungen werden vorgestellt.

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Elektronisches Wechselspiel in metallreichen Verbindungen

2005 Simon, Arndt; Ryazanov, Mikhail; Mattausch, Hansjürgen; Kremer, Reinhard K.
Chemie Festkörperforschung
An zwei Beispielen aus der umfangreichen neuen Chemie metallreicher Lanthanoidverbindungen wird die wechselseitige Beeinflussung verschiedenartiger Elektronensysteme mit interessanten physikalischen Konsequenzen illustriert. mehr

Festkörper unter hohem Druck

2005 Loa, Ingo; Wang, Xin; Syassen, Karl
Chemie Festkörperforschung
Die Hochdruckforschung hat zu einer enormen Erweiterung unserer Kenntnisse über das Verhalten von Festkörpern in einem weiten Druckbereich geführt. Experimentelle Untersuchungen machen sich zahlreiche neuere Entwicklungen bei der Anwendung von Diamantfenster-Druckzellen zunutze. Von großer Bedeutung sind dabei Fortschritte bei analytischen Methoden, die Synchrotron-Röntgenstrahlung, optische Mikrospektroskopie und Synchrotronstrahlung im infraroten Spektralbereich nutzen. Unser wissenschaftliches Interesse reicht von der Erklärung subtiler Zusammenhänge zwischen atomarer Anordnung, Delokalisation von Elektronen, Magnetismus und Supraleitung bis hin zu fundamentalen Fragen bezüglich Phasenübergängen, Kristallstrukturen und der Natur der interatomaren Bindung. Einige Ergebnisse aus diesem Spektrum werden kurz beschrieben. mehr

Ionentransport und elektrochemische Speicherung in kleinen Systemen ("Nano-Ionik")

2004 Balaya, Palani; Bhattacharyya, Aninda; Fleig, Jürgen; Kim, Sangtae; De Souza, Roger; Sata, Noriko; Maier, Joachim
Chemie Materialwissenschaften
Die Untersuchungen elektrochemischer Phänomene im Nanobereich zeigen eine Reihe aufregender Anomalien von fundamentaler Bedeutung und technologischer Relevanz. Dies gilt sowohl für den Transport als auch für die Speicherung von Masse. Ein Bündel von Beispielen wie mesoskopische ionische Heterostrukturen, mesoskopische Anreicherungs- und Verarmungsrandschichten an Korngrenzen, neuartige Soft-Matter-Elektrolyte, Auftreten von Ferroelektrizität in nanokristallinem SrTiO3 sowie neue Speicherungsmodi in nanokristallinen Li-Batterien werden diskutiert. mehr

Verspannte Nanostrukturen aus Halbleitern

2004 Heidemeyer, Henry; Kiravittaya, Suwit; Deneke, Christoph; Jin-Phillipp, Neng Yun; Stoffel, Mathieu; Schmidt, Oliver G.
Materialwissenschaften Quantenphysik
Wir benutzen Molekularstrahlepitaxie, um verspannte Heterostrukturen herzustellen. Dazu gehören zwei- und dreidimensionale Quantenpunktkristalle (QPK), SiGe-Heterostrukturen mit herausragenden optischen und elektronischen Eigenschaften, radiale Übergitter sowie wohl positionierte Halbleiter Nanopipelines. Die hohe strukturelle Integrität der QPK erlaubt uns, neuartige Phänomene wie zum Beispiel laterale Verspannungsfeldinterferenzen zu beobachten. SiGe-basierte Heterostrukturen und Tunnelbauelemente, die wir bei extrem niedrigen Wachstumstemperaturen (≈300°C) herstellen, emittieren bei Wellenlängen größer als 2 µm und zeigen Tunnel- zu Reststrom-Verhältnisse von über 7:1. Des Weiteren wickeln wir verspannte Halbleiter-Bischichten auf und zeigen, dass die Wände dieser Strukturen aus neuartigen radialen Übergittern bestehen. Einzelne aufgewickelte Nanoröhrchen werden mit rotem Farbstoff aufgefüllt. mehr
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