Der Schwerpunkt dieser Minerva Forschungsgruppe liegt in der experimentellen Untersuchung von Dünnfilmen, Multilagen und Übergittern starkkorrelierter Übergangsmetalloxide. Wir nutzen Röntgenabsorptionsmessungen und Röntgenstreuung um strukturelle, magnetische und orbitale Ordnung, sowie Ladungsordnung in ultradünnen Schichten zu untersuchen. Insbesondere konzentriert sich unsere Forschung auf Ordnungsphänomene an Grenzflächen in Nickeloxid-Übergittern der Zusammensetzung  RNiO₃−RXO₃, mit R: Seltenerdion und X: Al, Sc, Ga, sowie Heterostrukturen von Mott-isolierendem RVO₃.

Unter Verwendung der Analysesoftware ReMagX, haben wir die neue Methode der orbitalen Reflektometrie zur räumlich aufgelösten Bestimmung von orbitalen Polarisationsprofilen in benachbarten atomaren Lagen von Oxidübergittern entwickelt. Wir arbeiten eng mit anderen Gruppen in der Abteilung Keimer, der Technology Service Gruppe sowie mit externen Gruppen am Helmholz-Zentrum Berlin und innerhalb des TransRegios TRR80 zusammen.

Die Max-Planck Forschungsgruppe "Computerorientierte Quantenchemie für Festkörper" entwickelt wellenfunktionsbasierte Methoden zur Untersuchung von Grundzustands- und dynamischen Eigenschaften in Festkörpern. Wir konzentrieren uns auf eine genaue Beschreibung der elektronischen Korrelationseffekte mithilfe von Vielteilchentheorien wie der Coupled Cluster Methode. Unsere Forschung ist interdisziplinär und vereint Methoden aus Festkörperphysik, Computergestützter Materialforschung und der theoretischen Quantenchemie.

Die Max-Planck-Forschungsgruppe "Elektronische Struktur korrelierter Materialien" beschäftigt sich mit der Berechnung und Vorhersage von Grundzustands- und spektroskopischen Eigenschaften von stark korrelierten Vielteilchensystemen – insbesondere von korrelierten Heterostrukturen und Oberflächen. Hierzu werden effektive Einteilchenmethoden wie die Dichtefunktionaltheorie in Kombination mit modernen Verfahren der Quantenfeldtheorie, wie beispielsweise der dynamischen Molekularfeldtheorie (DMFT), verwendet. Viele spektroskopische Experimente für korrelierte Systeme zeigen eindrücklich, dass für diese Materialklasse eine effektive Einteilchenbeschreibung selbst für energetisch niedrige Anregungen nicht ausreichend ist. Viele dieser Materialien, wie z. B. die 4f Schwerfermionen-Systeme, sind wesentlich näher am atomaren Grenzfall als am schwach gestörten Elektronengas, sodass die Vielteilchen-Schrödingergleichung auf andere Art angegangen werden muss als in einem effektiven Einteilchenbild. Die zusätzliche Herausforderung und der teilweise gewaltige Aufwand einer Vielteilchenrechnung wird aber belohnt durch vielfältige und faszinierende Phasendiagramme von Systemen die gleichermaßen für fundamentale Fragestellungen der Physik sowie auch für technologische Anwendungen von hohem Interesse sind. Insbesondere in den letzten 10–15 Jahren haben sich viele experimentelle Gruppen der Aufgabe zugewandt korrelierte Materialien (wie Übergangsmetalloxide) auf atomaren Längenskalen zu konstruieren und zu manipulieren. Unser Ziel ist es, diese Studien von der Theorieperspektive aus zu unterstützen und die Suche nach neuen interessanten Materialien durch Interpretation und Vorhersage experimenteller Resultate zu beschleunigen. Wir benutzen dazu bewährte Werkzeuge aus der Dichtefunktionaltheorie (DFT) in Kombination mit der sogenannten constrained Random Phase Approximation (cRPA) für die Ableitung effektiver Modell-Hamiltonians die mit DMFT und deren Erweiterungen wie EDMFT und EDMFT+GW gelöst werden. [mehr]

Die Forschungsgruppe "Ultraschnelle Festkörperspektroskopie" ist eine gemeinsame Forschungsgruppe des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung und des Fachbereichs Physik der Universität Stuttgart. Wir erforschen grundlegende Fragestellungen zur Nichtgleichgewichtsdynamik in stark korrelierten Systemen oder neuartigen Quantenmaterialien. Dazu werden modernste Methoden der linearen und nichtlinearen Spektroskopie über einen breiten Frequenzbereich mit Zeitauflösungen bis in den Piko- und Femtosekundenbereich eingesetzt. In Kombination mit Nahfeldspektroskopie können wir solche Dynamik sogar mit einer örtlichen Auflösung verfolgen, die höher ist als die Wellenlänge des Lichtes. Ein Forschungsschwerpunkt liegt auf der lichtinduzierten Supraleitung, deren zugrunde liegende Mechanismen wir verstehen und auch gezielt kontrollieren wollen. Dazu untersuchen wir unterschiedliche Szenarien: Beispielsweise konkurrierende Grundzustände, die wir mit kurzen Laserpulsen beeinflussen, oder dynamisch getriebene Systeme, die wir mittels periodisch modulierten Lichtfeldern zu stabilisieren versuchen. Letzteres ist eng verknüpft mit einem weiteren Forschungsschwerpunkt − der Quantenvielteilchendynamik in korrelierten Systemen. Hier untersuchen wir spezielle Quantenmaterialien, z. B. organische Leiter und Supraleiter, um die ultraschnelle Dynamik elektronischer Wechselwirkungen auf ihrer natürlichen ultraschnellen Zeitskala zu beobachten und deren Einfluss auf die Eigenschaften des Festkörpers zu ergründen. Wir versuchen solche Systeme dann durch lokale, meist vibronische Anregungen zu modulieren und so die effektiven Wechselwirkungen und Phasenübergänge in Festkörpern gezielt zu kontrollieren. [mehr]

Die Forschungsgruppe Organische Elektronik entwickelt Materialien und Technologieprozesse für die Herstellung hochwertiger organischer elektronischer Bauelemente. Dazu gehören z.B. Feldeffekt-Transistoren auf der Grundlage konjugierter Kohlenwasserstoffe (z.B. Dinaphthothienothiophen), auf der Basis einwandiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen, und auf der Grundlage halbleitender anorganischer Nanodrähte (z.B. ZnO). Im Gegensatz zu Silizium-Transistoren können diese neuartigen Transistoren auf flexiblen Polymerfolien und auf Papiersubstraten hergestellt werden. Besonderes Augenmerk liegt auf der Entwicklung und Integration qualitativ hochwertiger molekularer selbstorganisierender Monolagen. Dabei handelt es sich um extrem dünne organische Schichten, die sich spontan auf funktionalisierten Oberflächen bilden und durch extrem hohe Packungsdichten gekennzeichnet sind. Es werden Materialien und Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, selbstorganisierende Monolagen als Isolatorschichten in diversen Feldeffekt-Transistoren und in integrierten Schaltkreisen einzusetzen und so den Energieverbrauch dieser Bauelemente und Schaltungen drastisch zu reduzieren. Weiterhin wird der Einsatz selbstorganisierender Monolagen für die Herstellung neuartiger Hybrid-Nanostrukturen mit interessanten mechanischen, optischen oder magnetischen Eigenschaften untersucht. [mehr]

Die Forschungsgruppe Dynamik nanoelektronischer Systeme untersucht das Verhalten elektronischer, magnetischer und mechanischer Anregungen in Festkörpern und Nanostrukturen auf atomarer Skala. Am Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg hat die Forschungsgruppe ein neues Labor eingerichtet, in dem atomar auflösende Rastersondenmikroskopie mit elektronischer Kurzzeitspektroskopie im Nano- bis Pikosekundenbereich kombiniert wird. Einzelne Nanostrukturen können gleichzeitig mit hoher Orts-, Energie- und Zeitauflösung vermessen werden. Dies ermöglicht spannende Einblicke in die Spindynamik von Ketten aus gekoppelten magnetischen Atomen oder Ladungs- und Spindichtefluktuationen in Materialien mit elektrisch induzierbarem Phasenübergang. Ziel ist es, die beobachtbare dynamische Entwicklung eines Systems direkt mit seiner lokalen atomaren Struktur zu korrelieren und relevante Relaxations- und Wechselwirkungsmechanismen zu quantifizieren. [mehr]

Die Festkörper-Nanophysik Gruppe untersucht das breite Spektrum von Zuständen, welche von Elektronen aufgrund von Korrelations- und Wechselwirkungseffekten zwischen ihren Spin- und Ladungsfreiheitsgraden eingenommen werden, wenn die Elektronen in einer oder mehrerer ihrer räumlichen Dimensionen auf der Nanometerskala eingeschränkt sind. Transport sowie optische Eigenschaften werden erfasst, wobei eine Kombination aus lokalen Messmethoden, tiefen Temperaturen, hohen Magnetfeldern und die Einstrahlung von hohen Frequenzen eingesetzt wird. Die räumliche Einschränkung der Elektronen kann entweder in III-V Heterostrukturen künstlich erzeugt werden oder es werden spezielle Kristallsysteme verwendet, welche von vornherein nur eine Ausdehnung in zwei Dimensionen aufweisen. Beispiele hierfür sind Graphen und Molybdendisulfid oder allgemein Materialien mit zweidimensionaler Schichtstruktur und einer nur schwachen Bindung zwischen den einzelnen Schichten. Auf der Suche nach neuen Funktionalitäten und Wechselwirkungseffekten werden darüber hinaus Hybridstapel von diesen zweidimensionalen Kristallen, sogenannte van der Waals-Heterostrukturen, produziert und erforscht. [mehr]