Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik

Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik

Die Elektronik der Zukunft könnte mit Licht statt Strom oder einer Kombination aus beiden arbeiten. Doch bislang gibt es dafür noch keine optimalen Lichtquellen, und auch die Lichtleiter sind noch nicht ausgereift. Solche Materialien zu entwickeln ist eine der Herausforderungen, denen sich die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle an der Saale stellen. Sie untersuchen, wie die Mikro- oder Nanostruktur unter anderem von metallischen Verbindungen deren physikalische Eigenschaften beeinflusst, zum Beispiel ihr Verhalten als Lichtleiter oder ihre magnetischen Charakteristika. Dabei untersuchen sie vor allem Materialien in niedrigen Dimensionen, also etwa in einer zweidimensionalen dünnen Schicht, in einem quasi eindimensionalen Nanodraht oder einem winzigen Atomhäufchen, das Physiker Quanten-Punkt nennen und das  in mancher Hinsicht einem einzelnen Atom ähnelt.

Kontakt

Weinberg 2
06120 Halle (Saale)
Telefon: +49 345 5582-50
Fax: +49 345 5511223

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat keine International Max Planck Research School (IMPRS).

Es gibt jedoch die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Abteilung Experimentelle Abteilung II mehr
Abteilung Nanomagnetismus, Experimentelle Abteilung I mehr
Exotische Inseln für magnetische Festplatten
Antiskyrmionen könnten einen Datenspeicher ermöglichen, der schnell, robust und sparsam im Energieverbrauch ist mehr
Millennium-Technologiepreis für neuen Max-Planck-Direktor Stuart Parkin
Der Physiker erhält die Auszeichnung, die mit einer Million Euro dotiert ist und als Nobelpreis für technische Innovationen gilt, für die Entwicklung von Speichermedien mehr
Nanotechnologie im Glasschwamm
Monorhaphis chuni erzeugt eine Glasnadel mit völlig periodisch angeordneten Nanoporen mehr
Der kleinste Speicher der Welt

Der kleinste Speicher der Welt

13. November 2013
Die Kontrolle über das magnetische Moment einzelner Atome eröffnet neue Möglichkeiten für kompakte Datenspeicher und Quantencomputer mehr
SPEELS-Messungen liefern auch Informationen über magnetische Eigenschaften unter Oberflächen von Materialien, die für die Spintronik interessant sind mehr
Ein guter Draht für die Nanoelektronik
Silicium-Nanodrähte werden während ihres Wachstums mit unerwartet viel Aluminium dotiert, sodass ihre Leitfähigkeit steigt mehr
Ein elektrischer Schalter für magnetischen Strom
Ein multiferroischer Tunnelkontakt ermöglicht Speichermedien mit höherer Datendichte mehr
Die Max-Planck-Gesellschaft ist erneut erfolgreich aus einer Förderrunde des European Research Council (ERC) hervorgegangen. Mit sieben Advanced Grants liegt sie beim Einwerben von EU-Geldern bundesweit an erster Stelle. mehr
Eine Autobahn für Elektronen<br />
Ein Schritt zur Spintronik: An der Oberfläche von topologischen Isolatoren mit Germanium, Zinn oder Blei fließt Strom sehr geordnet mehr
Nanospeicher bringen Computer groß raus
Computer dienen heute als Musikbox, Filmarchiv und Fotoalbum. Sie müssen daher immer größere Datenmengen schnell zugänglich machen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für intelligente Systeme in Stuttgart und des Hallenser Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik bereiten den Weg für magnetische Speichermaterialien, die das ermöglichen, und nutzen dabei geschickt die ganz eigenen Gesetze der Nanowelt aus. mehr
Ferroelektrika: Digitales Gedächtnis in der Pol-Position
Ein Computer bewahrt Daten bislang in Arbeitsteilung auf: Beim Start lädt er sie erst von der Festplatte in den Arbeitsspeicher. Ferroelektrische Speichermaterialien hingegen machen in Zukunft das Hochfahren eines Rechners überflüssig und können Daten besonders dicht packen. mehr
Solarstrom auf die Spitze getrieben
Mit einem wenige Nanometer feinen Kontakt liefert ein Ferroelektrikum hohe fotovoltaische Spannungen und Stromdichten
mehr
Ein Blick für magnetische Wellen
Eine neue Methode erkennt, ob auf einer Festkörperoberfläche Gitterschwingungen oder Spinwellen angeregt werden mehr
Elektrischer Dreh für Datenspeicher
Datendichte in Arbeitsspeichern könnte stark erhöht werden mehr
Ein Schalter für atomare Bits
Mit einem elektrischen Feld lässt sich der magnetische Zustand von Nanostrukturen räumlich präzise beeinflussen mehr

Dieser Physiker hat unsere Welt verändert: Erst Stuart Parkins Entwicklungen in der Spintronik ermöglichen Facebook, Google und viele andere Computeranwendungen, ohne die unser Alltag kaum noch denkbar ist. Seit einem Jahr ist Parkin Direktor am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle. Mit seiner Energie beeindruckt und fordert er seine Kollegen dort gleichermaßen.

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Was fallende Katzen für die Dichtefunktionaltheorie bedeuten

2017 Requist, Ryan Tyler; Gross, Eberhard K. U.
Materialwissenschaften Quantenphysik Teilchenphysik
Dichtefunktionaltheorie, die am weitesten verbreitete Methode zur Berechnung von Molekül- und Festkörpereigenschaften, ist in ihrer Anwendbarkeit durch die ihr zugrunde liegende Born-Oppenheimer-Näherung eingeschränkt, d. h. durch die Annahme, dass sich die Kerne unendlich viel langsamer als die Elektronen bewegen. Forschungsarbeiten am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik haben es dank neuer Erkenntnisse zur Berry-Krümmung ermöglicht, eine Dichtefunktionaltheorie zu entwickeln, die vollständig die nicht-adiabatisch gekoppelte Elektron-Kern-Bewegung berücksichtigt. mehr

Helimagnetismus in nanometerkleinen Eiseninseln

2015 Sander, Dirk; Kirschner, Jürgen
Festkörperforschung Materialwissenschaften Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik
2D-Eiseninseln mit wenigen tausend Atomen zeigen eine neuartige magnetische Ordnung auf der Nanometerskala, die erstmals mit der Spin-polarisierten Rastertunnelmikroskopie aufgeklärt wurde. Die lokale Magnetisierungsrichtung im Eisen dreht sich auf einer Strecke von nur fünf Atomabständen um 360 Grad. Diese für Eisen ungewöhnliche magnetische Ordnung ist eine Folge der reduzierten Dimensionalität der Eisennanostruktur. Deren strukturelle Relaxation verändert die spinabhängige Wechselwirkung zwischen den Elektronen und dies verursacht eine nicht-kollineare Ausrichtung benachbarter Spins. mehr

Elektrisches Feld als Schalter für Nanomagnete

2014 Brovko, Oleg O.; Ruiz-Diaz, Pedro; Dasa, Tamene R.; Stepanyuk, Valeri S.
Festkörperforschung Materialwissenschaften Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik
Nanomagnete sind heutzutage das grundlegende Bauelement für Informationsspeicher. Das ständige Bestreben diese Bausteine zu miniaturisieren verlangt nach neueren und effizienteren Methoden winzige magnetische Teilchen und Moleküle sicher und lokal zu kontrollieren. Am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik wird dazu untersucht, wie sich das elektrische Feld auf die Spins der Nanomagnete auswirkt.
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Ultraschnelle Magnonen für Spintronik

2013 Zakeri Lori, Khalil; Zhang, Yu; Chuang, Tzu-Hung; Kirschner, Jürgen
Festkörperforschung Materialwissenschaften Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik

Magnonen sind Anregungen in einem magnetischen Festkörper, die sich wellenartig ausbreiten. Wie andere Wellen, können die Magnonen eventuell dazu genutzt werden, Informationen zu übertragen. Die Untersuchung von Wellenlänge, Frequenz und Lebensdauer von Magnonen in magnetischen Festkörpern, stellt ein wichtiges Forschungsgebiet dar. Am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik werden dazu die Eigenschaften von Magnonen an ferromagnetischen Oberflächen, mithilfe der spinpolarisierten Elektronenspektroskopie, studiert.

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Thermoelektrische Eigenschaften von porösem Silizium

2012 De Boor, Johannes; Ao, Xianyu; Kim, Dong-Sik; Schmidt, Volker
Materialwissenschaften
Durch Nanostrukturierung erhält Silizium eine deutlich verringerte Wärmeleitfähigkeit. Potenziell ist damit eine Erhöhung der thermoelektrischen Effizienz des Materials denkbar, sodass es für die Umwandlung von Wärme in Strom genutzt werden könnte.  Es wurden deshalb Schichten aus porösem Silizium hergestellt und diese auf ihre thermoelektrischen Eigenschaften hin untersucht. Es zeigt sich, dass die Wärmeleitfähigkeit durch die Nanostrukturierung zwar deutlich verringert wird, aufgrund von konkurrierenden Effekten aber dennoch nur maßvolle Effizienzsteigerungen möglich sind. mehr

Magnetoelektrische Kopplung an metallischen Oberflächen

2011 Ernst, Arthur; Ostanin, Sergey; Fechner, Michael; Mertig, Ingrid
Materialwissenschaften
Die magnetoelektrische Kopplung ermöglicht es, die Magnetisierung eines Festkörpers durch ein elektrisches Feld zu ändern. Bislang ist dieses Phänomen hauptsächlich in Isolatoren beobachtet worden. Metallische Volumenmaterialien zeigen diesen Effekt nicht, weil das äußere elektrische Feld durch die frei beweglichen Leitungselektronen abgeschirmt wird. Die Wechselwirkung des elektrischen Feldes mit dem Oberflächendipol einer metallischen Nanostruktur gestattet es jedoch, die magnetische Ordnung der Nanostruktur zwischen zwei stabilen Zuständen reversibel zu schalten. mehr

Photoemission mit ultrakurzen Lichtimpulsen

2010 Winkelmann, Aimo; Chiang, Cheng-Tien; Lin, Wen-Chin; Kirschner, Jürgen
Festkörperforschung Quantenphysik
Die Untersuchung von Möglichkeiten, Elektronen in Festkörpern und an ihren Oberflächen auf Zeitskalen im Femtosekundenbereich (10-15 s) zu beeinflussen, stellt ein wichtiges Forschungsgebiet dar. Dies betrifft insbesondere auch die Steuerung magnetischer Schaltprozesse mittels ultrakurzer Laserpulse und die Kontrolle über den Spin der angeregten Elektronen. Am MPI für Mikrostrukturphysik wird dazu untersucht, wie der Spin von Photoelektronen, die mittels optischer Anregung von Metalloberflächen emittiert werden, durch die Absorption mehrerer Photonen beeinflusst werden kann. mehr

Ferroelektrische Nanokondensatoren

2009 Hesse, Dietrich; Alexe, Marin; Han, Hee; Lee, Woo; Lotnyk, Andriy; Senz, Stephan; Schubert, Markus Andreas; Vrejoiu, Ionela; Gösele, Ulrich
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Hochdichte, nichtflüchtige Festkörperspeicher stellen sowohl unter technologischen als auch unter physikalischen Aspekten ein interessantes Forschungsgebiet dar. Da die Abmessungen einer einzelnen Speicherzelle deutlich unterhalb von 100 Nanometern liegen müssen, sich aber die Eigenschaften von Speichermaterialien bei solchen geringen Abmessungen auch stark ändern können, stellen die Entwicklung von geeigneten Herstellungsmethoden und die Analyse der Eigenschaften der hergestellten Speicherzellen große Herausforderungen dar. Am MPI für Mikrostrukturphysik sind solche Arbeiten Bestandteil der Forschung zu nanostrukturierten Materialien. mehr

Oberflächenlegierungen: Eine Materialklasse mit riesiger Rashba-Spinbahnkopplung

2008 Henk, Jürgen
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Die Oberflächenlegierung Bi/Ag(111) zeigt eine ungewöhnlich große Aufspaltung der Oberflächenbandstruktur. Rechnungen zur elektronischen Struktur belegen, dass dieser Effekt auf die Rashba-Spinbahnkopplung zurückzuführen ist. Insbesondere ist die planare Inversionsasymmetrie innerhalb der Oberflächenschicht für den unerwartet großen Effekt verantwortlich. Diese Ergebnisse ebnen den Weg zur Überprüfung theoretischer Vorhersagen für zweidimensionale Elektronengase mit Rashba-Spinbahnkopplung. mehr

Atomlagenabscheidung (ALD)

2007 Knez, Mato; Nielsch, Kornelius; Gösele, Ulrich
Materialwissenschaften
Nanostrukturen beherrschen derzeit die Forschungs- und Entwicklungslandschaft in der Technologie, Medizin und Biologie. Am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle werden Möglichkeiten untersucht, biologische, organische und anorganische Nanostrukturen mit dünnen Filmen aus anorganischen Materialien herzustellen und so das Anwendungsspektrum in den Bereichen Medizin, Elektronik, Katalyse und Sensorik zu erweitern. mehr
Mittels oberflächensensitiver Röntgenbeugung wurden die geometrischen Strukturen der Metall-Oxid Grenzflächen am Beispiel des Fe/MgO/Fe(001)-Magnetwiderstands Schichtsytems untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich an der MgO/Fe(001)-Grenzfläche eine FeO-Schicht bildet, die entscheidenden Einfluss auf die Größe des Magnetwiderstandseffekts hat. mehr

First principles-Untersuchung des Magnetismus von verdünnten magnetischen Halbleitern

2005 Sandratskii, Leonid; Patrick Bruno
Festkörperforschung Materialwissenschaften
Die moderne Spinelektronik stellt hohe Anforderungen an den Entwurf und die Fabrikation neuer Materialien. Unter den Systemen, die diese Anforderungen erfüllen können, nehmen die verdünnten magnetischen Halbleiter eine wichtige Position ein. In diesem Beitrag berichten wir über einige Ergebnisse unserer first principles-Untersuchungen an diesen Materialien. Wir haben gezeigt, dass die teilgefüllten Bänder eine sehr wichtige Rolle für den Magnetismus der verdünnten magnetischen Halbleiter spielen. Die weit reichende Austauschwechselwirkung entsteht als Kompromiss zwischen der Delokalisierung der Lochzustände von der 3d-Dotierung und der Stärke der 3d-Loch-Wechselwirkung. Die Eigenschaften dieses Kompromisses sind von dem konkreten System stark abhängig und können nur mit realistischen Dichtefunktionalrechnungen ermittelt werden. mehr

Halbleiter-Nanodrähte

2004 Kolb, Florian M.; Breitenstein, Otwin; Erfurth, Wilfried; Hofmeister, Herbert; Schmidt, Volker; Scholz, Roland; Schubert, Luise; Senz, Stephan; Werner, Peter; Zacharias, Margit; Zakharov, Nikolai; Gösele, Ulrich
Materialwissenschaften
Halbleiter-Nanodrähte stellen ein interessantes Forschungsgebiet an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und Technologie dar. Die Analyse des Wachstumsprozesses, der Eigenschaften und möglicher Anwendungen ist Bestandteil der Forschung zu Halbleiter-Nanodrähten am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle. Mithilfe verschiedener Wachstumsverfahren wurden erfolgreich Halbleiter-Nanodrähte hergestellt und im Elektronenmikroskop charakterisiert. Weitere Untersuchungen, wie z.B. der elektrischen und optischen Eigenschaften werden derzeit durchgeführt. mehr
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