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Nanophysik und Oberflächenphysik

Rastertunnelmikroskopische Aufnahme einer durch Manipulation erzeugten Kette von Eisen-Atomen auf dem Supraleiter NbSe2, AG Franke

Rastertunnelmikroskopische Aufnahme einer durch Manipulation erzeugten Kette von Eisen-Atomen auf dem Supraleiter NbSe2, AG Franke

Bei einer Strukturgröße von wenigen Nanometern bestimmt die Quantenphysik die Eigenschaften der Materialien und es treten überraschende magnetische, optische und elektronische Effekte auf.

In der Nano- und Oberflächenphysik analysieren wir diese vielfältigen Eigenschaften mit spektroskopischen Methoden und schaffen neue Kompositmaterialien. Wir arbeiten an theoretischen und experimentellen Grundlagen, damit dieses Wissen für die Entwicklung von Nanotechnologien und Materialien der Zukunft angewendet werden kann.

Forschungsfokus

Die Freie Universität hat in den Forschungsfeldern Nanophysik und Oberflächenphysik eine eine jahrzehntelange Expertise. Wir beschäftigen uns in diesen interdisziplinären Forschungsfeldern mit Systemen und Materialien auf atomarer Größenordnung, zum Beispiel mit Molekülen, die als Schalter, Transporter oder Nanomotor fungieren, mit einzelnen atomaren Lagen aus Kohlenstoff wie das zweidimensionale Graphen oder mit „fast“ eindimensionalen Kohlenstoffnanoröhren.

Wir wachsen epitaktische dünne Filme auf kristallinen Oberflächen und manipulieren atomare Strukturen mit Rastersonden-Techniken gezielt und mit atomarer Präzision. In all diesen niedrigdimensionalen Nanostrukturen bestimmen Quanteneffekte deren Eigenschaften, die wir auf fundamentaler Ebene untersuchen und verstehen wollen.

Grundlegende Fragen in der Nano- und Oberflächenphysik

  • Verstehen wir die zugrundeliegenden, quantenmechanischen Effekte, die in diesen Systemen von atomarer Größe auftreten, und können wir diese gezielt ausnutzen?
  • Welche neuen Eigenschaften, wie Supraleitung, topologische Phasen oder Phasenübergänge, lassen sich an komplexen Oberflächen- bzw. Festkörper-Systemen erforschen?
  • Wie verhalten sich elektronische und optische Bauelemente, wenn sie auf atomare Größenordnung reduziert werden?
  • Wie können wir funktionalisierte Nanomaterialien mit atomarer Präzision entwickeln?

Unsere Forschungsgruppen am Fachbereich greifen diese Herausforderungen in mehreren Forschungsfeldern auf.

Forschungsfelder

Molekül-Oberflächen-Wechselwirkungen: Funktionale Moleküle werden auf Festkörperoberflächen gebracht und bilden so die Grundlage der sogenannten molekularen Elektronik.

Magnetische Oberflächen: In der Spintronik wird der Spin der Elektronen als Informationsträger in nanoskaligen, magnetischen Strukturen genutzt.

Niedrigdimensionale Materialien: Quantenphysikalische Phänomene in zweidimensionalen Systemen und deren Heterostrukturen werden mittels elektrischer und optischer Transportmessungen untersucht.

Unsere Untersuchungsmethoden

•    Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie
•    Photolumineszenz-, Fluoreszenz- und Ramanspektroskopie
•    Photoemission (zeit-, winkel- und spinaufgelöst) sowie Photoelektronen-Mikroskopie
•    Nahfeldmikroskopie
•    Röntgenspektroskopie (Absorption und Dichroismus)
•    Ultraschnelle Anrege-Abfrage-Spektroskopie
•    Elektrische und optoelektronische Transportmessungen
•    Dichtefunktional-Theorie (DFT)
•    Transport- und Streutheorie
•    Modellierung von Nichtgleichgewichtszuständen und deren Eigenschaften

Sonderforschungsbereich "Ultrafast Spin Dynamics"

Wir untersuchen Magnetismus sowie dessen mögliche Anwendungen auf extrem kleinen Längen- und Zeitskalen.