Festkörperforschung (Physik und Astronomie)

Organische zweidimensionale Kristalle (O2DCs) sind synthetische Schichtmaterialien mit programmierbaren Topologien und schichtabhängigen physikalischen Eigenschaften, die sich zur Untersuchung elektronischer und ionischer Transportphänomene eignen. Die Entwicklung von On-Water-Oberflächensynthesestrategien zur Herstellung von O2DC-Filmen von der Mono- bis zur Few-Layer-Struktur mit maßgeschneiderten Architekturen ermöglicht eine präzise Einstellung der elektronischen Struktur und Oberflächenladung sowie ihre Integration in Van-der-Waals-Heterostrukturen, Elektronik und Membrantechnologien. mehr

Die Bewegung von Atomen ist entscheidend für chemische und strukturelle Umwandlungen in Molekülen. Aktuelle Forschungen ermöglichen es, molekulare Schwingungen in einzelnen Graphen-Nanobändern mithilfe von Femtosekunden-Kohärenter-Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie zu untersuchen. Diese Methoden bieten neue Perspektiven zur Beobachtung und Steuerung atomarer Bewegungen und unterstützen das Verständnis komplexer Licht-Materie-Wechselwirkungen. mehr

Chemische Transformationen entstehen durch den Austausch und die Reorganisation von Elektronen, deren Bewegung von Symmetrie und Quantenmechanik bestimmt wird. Wir nutzen topologische Materialien für die heterogene Katalyse und untersuchen, wie Chiralität, Berry-Krümmung und quantenmechanische Freiheitsgrade Elektronen leiten und so schnellere und selektivere Reaktionen ermöglichen. mehr

Wiederaufladbare Batterien (Akkus) haben unser Leben verändert, von Elektrofahrrädern bis hin zu Elektroautos, von heimischen Solarkraftwerken bis zu Gartengeräten. Doch sie haben auch Nachteile: Batterien laufen aus und können brennen. Deshalb wird an der Entwicklung von Feststoffbatterien gearbeitet, die sicherer und leistungsfähiger sind. Unsere Gruppe untersucht Feststoffbatterien auf mikroskopischem Niveau, um Alterungserscheinungen zu verstehen, zu reduzieren und deren Leistung zu verbessern.  mehr

Atompräzise Graphen-Nanobänder (GNB) gelten dank ihrer anpassbaren elektronischen Eigenschaften als vielversprechend für die nächste Generation von Nanoelektronik und Spintronik. Die Abteilung Synthetic Materials and Functional Devices (SMFD) am MPI für Mikrostrukturphysik entwickelt Strategien zur präzisen Gestaltung von GNBs mit spezifischen Strukturtopologien. Ziel ist es, Bandlücken, Ladungsträgermobilitäten und topologische Zustände zu optimieren, um eine nahtlose Integration in diverse Anwendungen von Nanoelektronik und Spintronik zu ermöglichen. mehr

Wird ein Festkörper supraleitend, schließen sich jeweils zwei Elektronen zu sogenanneten Cooperpaaren zusammen welche im Einklang dieselbe koordinierte Bewegung ausführen. Moderne Computersimulationen von Hochtemperatursupraleitern geben uns neue Erkenntnisse wie genau sich Cooperpaare fortbewegen. Wir entdecken einen neuen Materiezustand, bei dem sich solche Paare nicht nur in der Ebene um sich selbst drehen, sondern auch besonders akrobatisch Drehungen in der dritten Dimension, ähnlich zu Saltos im Tanz, bilden. mehr

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. mehr

Phasenübergänge werden durch die freie Energielandschaft bestimmt, deren Minima zum Auftreten geordneter Phasen führt. Jedoch sind viele Fragen hinsichtlich der Eigenschaften der Energielandschaften und der mikroskopischen dynamischen Prozesse während eines Phasenübergangs unbeantwortet. Wir haben mit ultrakurzen Laserpulsen die Energielandschaft unterschiedlicher Materialien untersucht, um die Mechanismen hinter den Phasenübergängen zu beleuchten. Mit dem Ziel, Materialeigenschaften auf ultraschnellen Zeitskalen zu kontrollieren, könnte dieser Ansatz z.B. neuartige Datenspeicher ermöglichen. mehr

Forscher entwickeln neue Hochdurchsatz-Methode zur Entdeckung magnetischer Topologie mehr

Die Suche nach Materialien, deren Quantenzustände neue Eigenschaften generieren, konzentriert sich häufig auf Übergangsmetall- oder Seltenerd-Verbindungen, da die Präsenz von atomaren d- oder f-Elektronen vielversprechend für die Entstehung neuartiger Wechselwirkungen ist. Für effizientes Materialdesign muss aber die Aufenthaltswahrscheinlichkeit dieser Elektronen bekannt sein. Wir haben eine neue Methode entwickelt, diese Aufenthaltswahrscheinlichkeiten im Festkörper direkt abzubilden mehr