Sonderforschungsbereich 608 - Komplexe Übergangsmetallverbindungen mit Spin- und Ladungsfreiheitsgraden
Alle Arbeitsgruppen des II. Physikalischen Instituts arbeiten im Sonderforschungsbereich 608 mit. Dessen Forschungsgebiet sind "Komplexe Übergangsmetallverbindungen mit Spin- und Ladungsfreiheitsgraden". Unter "Komplexen Übergangsmetallverbindungen" verstehen wir Systeme, in denen starke Korrelationen in den inneren nicht aufgefüllten Schalen der Übergangsmetall-Ionen die Spin-, Ladungs- und orbitalen Freiheitsgrade prägen. Ordnung, Fluktuationen und Wechselspiel dieser Freiheitsgrade sowie ihre Kopplung an das Gitter führen zu einer vielfältigen und faszinierenden Physik. Eine wichtige Rolle spielen außerdem Unordnungseffekte. Im Zentrum des Interesses stehen fundamentale physikalische Fragestellungen der Festkörperphysik komplexer Vielteilchensysteme, die sich in idealer Weise in solchen komplexen Übergangsmetallverbindungen studieren lassen. Wichtige Themen betreffen: Ladungsordnung; Fluktuationen und Ordnung orbitaler Freiheitsgrade; Quantenspinsysteme mit nicht-konventionellen Grundzuständen oder Anregungen und in ungewöhnlicher räuumlicher Topologie; anomale metallische Zustände und Nicht-Fermiflüssigkeitsverhalten; unkonventionelle Supraleiter. Diese Thematik wird mit einer breiten Palette moderner experimenteller und theoretischer Methoden der Festkörperphysik sowie Methoden der Kristallographie, Dünnschichttechnologie und Anorganischen Chemie behandelt, deren Zusammenwirken innerhalb eines Sonderforschungsbereichs eine fundierte, systematische und breit angelegte Forschung gewährleistet. Die Forschungsarbeiten sind grundlagenorientiert und greifen zentrale Fragen nach der Rolle von Elektron-Elektron-Wechselwirkungen und dem Wechselspiel zwischen elektronischen und Gitterfreiheitsgraden auf, die rein materialspezifischen Fragestellungen übergeordnet sind. Das gleiche gilt für die Untersuchung kollektiver Phänomene, neuartiger Ordnungszustände und des Einflusses von Unordnung. Bei einigen der interessierenden Fragestellungen und Materialien eröffnen sich Perspektiven hinsichtlich technischer Anwendungen.
DFG Schwerpunktprogramm 1166 - Lanthanoidspezifische Funktionalitäten in Molekül und Material
Die chemischen Verbindungen der Elementgruppe der Lanthanoide spielen in zunehmendem Maße in einer Vielzahl von Stoffen eine zentrale Rolle. Die Anwendungen reichen von Bildschirmen für Fernseher und Computer über Katalysatoren für chemische Grundstoffe bis zum Hartmagneten und zum Kontrastmittel für die Kern-Spin-Tomographie.
Das Schwerpunktprogramm soll die Initiative von synthesechemisch orientierten Arbeitsgruppen bündeln mit dem Ziel, sowohl neue Lanthanoidverbindungen in ungewöhnlichen Oxidationsstufen und neuer Ligandenumgebung als auch hochaggregierte Systeme darzustellen. Die Funktionalität dieser Verbindungen soll im Bereich der Katalyse sowie der Lumineszenz und des Magnetismus untersucht werden. Projekte aus dem Bereich der Physik und der theoretischen Chemie können gefördert werden, wenn sie sich direkt mit den Eigenschaften der neuen Stoffe beschäftigen. Die Anwendungen von bereits bekannten Reagenzien und Materialien sollen keine Förderung erfahren.
Im Bereich der Chemie, die sich mit ungewöhnlichen Oxidationsstufen beschäftigt, soll durch eine Kooperation von anorganischen Molekül- und Festkörperchemikern die Anzahl von zugänglichen Oxidationsstufen in der Molekülchemie deutlich erweitert werden. Hierbei sollen hinreichend stabile niedermolekulare Lanthanoidverbindungen erhalten werden, in denen die Zentralatome solche Oxidationsstufen einnehmen, die man bisher nur aus der Festkörperchemie kennt. Arbeiten unter Verwendung des gut untersuchten SmI2 als Reduktionsmittel in der organischen Synthese sollen nicht gefördert werden.
Unter hochaggregierten Systemen sind mehrkernige Koordinations- verbindungen bzw. poröse Koordinationspolymere zu verstehen. Ziel- stellungen sind das Ausloten der Potentiale kooperierender Metallzentren (homo- und heterometallische Systeme) sowie von Wirt-Gast-Systemen. Dies soll durch die Synthese und anschließende Untersuchung der physikalischen Eigenschaften der genannten Verbindungen erreicht werden.
Die Funktionalität von hocheffizienten Lanthanoidkatalysatoren beruht auf ihrer ungewöhnlichen Koordinationssphäre, vereint mit hoher Lewis-Acidität und Elektrophilie. Besondere Aufmerksamkeit im Bereich der Synthese und der Anwendung soll in diesem Zusammenhang der Polymerisationskatalyse, der enantioselektiven Katalyse und der Entwicklung multifunktioneller Katalysatoren geschenkt werden. Anorganisch und organisch arbeitende Molekülchemiker sollen hierzu kooperieren. Die Optimierung und die Erweiterung der Anwendbarkeit von gut etablierten Katalysatoren soll nicht gefördert werden.
Zu den hervorragendsten Eigenschaften von Verbindungen der Lanthanoide zählt ihr Vermögen, Energie zu speichern oder über bestimmte magnetische Eigenschaften zu verfügen. Ziel ist es, neue Materialien, insbesondere neue Festkörper für eine Anwendung bezüglich Lumineszenz (optische Hochleistungsmaterialien) und Magnetismus (Magnetwider- standsmaterialien sowie Systeme mit neuartigen magnetischen Ord- nungsphänomenen) systematisch zu entwickeln. Nicht geplant sind Untersuchungen zur Anwendung hinsichtlich supraleitender Eigenschaften. Analog soll die Entwicklung neuer metallischer Permanentmagnete in diesem Schwerpunktprogramm nicht gefördert werden.
Alle beschriebenen Forschungsziele sollen durch intensive Kooperationen erreicht werden, hierbei sind insbesondere fachübergreifende Gemeinschaftsprojekte erwünscht. Im Zentrum des Schwerpunktpro- grammes steht die Synthese von neuen Lanthanoidverbindungen im Hinblick auf die Entwicklung ihrer Funktionalität.
C3MR – Cologne Center for Condensed Matter Research
Kondensierte Materie - also Festkörper und Flüssigkeiten - bestimmt den Aufbau der uns umgebenden, belebten wie unbelebten Welt. Ihre Erforschung nimmt heute weltweit einen entsprechend breiten Raum ein, und bildet einen wichtigen Grundpfeiler für Technik und Innovation. Rasante Fortschritte in der Materialherstellung und -prozessierung, der experimentellen Methodik zu ihrer Charakterisierung sowie in Theorie und Simulation ermöglichen es heute, diese komplizierten Systeme aus Myriaden wechselwirkender atomarer und molekularer Bausteine mit noch nie gekannter Präzision zu untersuchen und zu manipulieren.
Das "Kölner Zentrum zur Erforschung Kondensierter Materie" soll der Bedeutung dieser Forschungsrichtung Rechnung tragen. Der Standort Köln ist hierfür besonders geeignet, da die Erforschung kondensierter Materie traditionsgemäß bereits einen Schwerpunkt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät darstellt. Zwei Sonderforschungsbereiche , ein Graduiertenkolleg und viele andere Forschungsprojekte belegen dies eindrucksvoll; zu nennen ist hier beispielsweise auch das kürzlich eingerichtete Schwerpunktprogramm der DFG zu Lanthanoiden , an dem die Universität zu Köln mit sieben Projekten beteiligt ist, ein neu beantragtes Graduiertenkolleg "Smart Materials and Devices", einige kleinere bi- und trilaterale Kooperationen sowie die Beteiligung an EU-Netzwerken. Darüber hinaus werden intensive Kontakte zu den umliegenden Forschungszentren (FZ Jülich, DLR Porz) unterhalten. Die in Köln vorhandenen Kräfte aus Chemie, Materialwissenschaft und Physik sollen gebündelt, aber auch weiter quervernetzt werden. Ziel ist die Erforschung neuer Materialien und Phänomene, mit dem Schwergewicht auf grundlegenden Eigenschaften und Konzepten. Auf diese Weise soll die Basis für zukünftige Anwendungen und neue Technologien gelegt werden.
Zusätzlich zu den Synergieeffekten, die durch die Bündelung unserer Ressourcen entstehen werden, wird die internationale Sichtbarkeit und das Renommee des Forschungsstandortes Köln im Bereich der kondensierten Materie erheblich anwachsen.
DFG Forschergruppe 845
Das Forschungsziel der Forschergruppe ist es, ein grundlegendes Verständnis für die Nanostrukturierungsprozesse auf Halbleiteroberflächen durch niederenergetische Ionenstrahlen (bis einige keV) zu gewinnen. Dieses Verständnis soll alle Aspekte der Nanostrukturierung durch Ionenstrahlen umfassen, von einer Beschreibung der atomistischen Effekte bei der Ionenbestrahlung mittles experimenteller Untersuchungen und theoretischer Simulationen, über die Untersuchung der Strukturbildungsprozesse auf mesoskopische Skala und ihre Beschreibung durch adäquate theoretische Modelle bis hin zur Exploration von ausgewählten potenziellen Anwendungen.
