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Forschungsprojekte / Research Projects

Festkörperoptik
Solid State Optics

Fern-Infrarot-Spektral-Ellipsometrie
Infrared Spectroscopic Ellipsometry

Dr. Mathias Schubert ( mschub@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. J. A. Woollam (University of Nebraska, Lincoln, U.S.A.)

Mit einem neuartigen Prototyp-Ellipsometer werden Möglichkeiten und Grenzen der Spektral-Ellipsometrie als empfindliche Technik zur Untersuchung der infrarot-optischen Eigenschaften von Halbleiter-Dünnschicht-Heterostrukturen im Wellenlängebereich von 15 - 100 µm (fernes Infrarot) untersucht. Von speziellem Interesse sind Gitter-, Kompositions-, Morphologie-, und Freie-Träger-Effekte der Gruppe III-V Verbindungshalbleiter. Fernziel ist die Verwendbarkeit der Infrarot-Spektral-Ellipsometrie zur Bestimmung Freier-Träger- und Phononen-Eigenschaften dünnster Schichten in komplexen Heterostrukturen für optische und elektrische Bauelementstrukturen auf der Basis von (Al,Ga,In)-Nitrid-Phosphid-Arsenid-Verbindungshalbleiter.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (National Science Foundation)

Verallgemeinerte Infarot-Ellipsometrie von Kristallstruktur- und Ladunsgträgereffekten in komplexen Heterostrukturen von Gruppe-III-Nitriden
Generalized Infrared Ellipsometry of free-carrier and crystal-structure effects in complex group-III-nitride heterostructures

Dr. Mathias Schubert ( mschub@physik.uni-leipzig.de ), PD Dr. Bernd Rheinländer (rheinlae@physik.uni-leipzig.de)

Die Methode der Verallgemeinerten Spektral-Ellipsometrie zur Untersuchung anisotroper Medien wird im mittleren Infrarotbereich (Wellenlänge: 2 - 33 µm) verwendet, um die infrarot-optischen Eigenschaften komplexer Halbleiter-Dünnschicht-Heterostrukturen einschließlich kurzperiodischer Übergitter zu bestimmen. Einzelne Komponenten der aus Gruppe-III-Nitriden bestehenden Heterostrukturen werden hinsichtlich ihrer Kristallstruktur und der in ihnen vorhandenen freien Ladungsträger analysiert. Anhand der optisch-dielektrischen Eigenschaften werden Aussagen zum Gitterschwingungsverhalten, zur Kristallqualität, zur Verspannung und der Mischkristallzusammensetzung sowie im Falle der Dotierung zur Konzentration und Beweglichkeit freier Ladungsträger (elektrische Leitfähigkeit) von binären (AlN, GaN) und ternären (AlGaN, InGaN, AlInN) Gruppe-III-Nitrid-Verbindungen getroffen. Die an den untersuchten Einzelschichten und Übergitterstrukturen gewonnenen Informationen werden gezielt zur Charakterisierung komplexer Heterostrukturen für optoelektronische (Leuchtdioden, Laser und Detektoren) und elektrische (Transistoren) Bauelemente eingesetzt.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Schwerpunktprogramm Gruppe III-Nitride und ihre Heterostrukturen: Wachstum, materialwissenschaftliche Grundlagen und ihre Anwendungen)

Untersuchung elektronischer und gitterdynamischer Eigenschaften des Mischsystems Zn_2(1-x)Cu_xIn_xSe₂ (ZCIS)
Investigation of electronic and lattice dynamics properties of Zn_2(1-x)Cu_xIn_xSe₂ (ZCIS) mixed system

Dr. Volker Riede ( riede@physik.uni-leipzig.de )

Für das Mischsystem Zn_2(1-x)Cu_xIn_xS₂ (ZCIS) wird der Einfluß der Mischzusammensetzung auf die optischen Eigenschaften bestimmt. Die optisch-spektroskopischen Untersuchungen sollen zur Klärung von zwei Schwerpunkten beitragen: Zum einen sind mit Hilfe der UV-NIR-Transmissions- und Reflexionsmessungen die elektronischen Übergänge im Bereich der verbotenen Zone mischungsabhängig zu untersuchen. Es ist das Ziel, Aussagen über die Defekte zu erhalten und zur Klärung der sogenannten Bandlückenanomalie im Bereich der ZnS-nahen Mischzusammensetzung beizutragen. Von besonderem Interesse ist der Einfluß des strukturellen Phasenübergangs auf das optische Verhalten. Zum zweiten sollen erstmals die gitterdynamischen Eigenschaften mit Hilfe der Fourier-Transform-Infrarot- und der Raman-Spektroskopie untersucht werden, um auch hier den Einfluß des Phasenüberganges zu bestimmen. Die Raster-Mikroraman-Spektroskopie soll Aussagen zur Mikrostruktur liefern.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Fächerübergreifende Arbeitsgemeinschaft Halbleiterforschung)

Ballistische Ausbreitung von Elektronen
Ballistic transport of electrons

Prof. Dr. Wolfgang Grill ( grill@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Stefan Knauth

Die ballistische Ausbreitung von Elektronen wird an hochreinen Metallen und Halbleitermaterialien mit hoher Beweglichkeit bei tiefen Temperaturen untersucht. Bei dieser Form der Ausbreitung ohne beeinträchtigende Streuung verliert das Ohmsche Gesetz seine Gültigkeit. Die Ausbreitungseigenschaften werden durch die Form der Fermifläche und damit durch die Anisotropie des Materials bestimmt. Für die Untersuchungen wird erstmalig ein Raster-Elektronenmikroskop als Quelle für die ballistischen Elektronen genutzt. Untersucht wurde auch die Temperaturabhängigkeit der freien Weglänge bei der Ausbreitung der Ladungsträger im Experiment und mit Hilfe von Modellbeschreibungen.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Innovationskolleg "Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen", Teilprojekt B)

Ultraschallmikroskopie
Ultrasonic microscopy

Prof. Dr. Wolfgang Grill ( grill@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Martin Schubert, Dipl.-Phys. Oliver Lenkeit

Mit Hilfe der Ultraschallmikroskopie mit Phasenkontrast werden die mechanischen Eigenschaften von Materialien, Werkstoffen, lebenden Zellen und Kleinstlebewesen untersucht. Dazu werden neuartige Verfahren entwickelt und eingesetzt. Mit Hilfe dreidimensionaler Rasterung sowie über holographische und tomographische Verfahren werden die Objekte im Volumen charakterisiert. Ergänzend entwickelt wurde die Ultraschall-Dopplermikroskopoie und -Korrelationsmikroskopie

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Innovationskolleg "Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen", Teilprojekt D)

Miniaturisierte Viskosimetrie und Rheologie
Miniaturized viscometry and rheology

Prof. Dr. Wolfgang Grill ( grill@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Zbigniew Kojro

Die viskoelastischen Eigenschaften von Fluiden, Flüssigkristallen, Gelen und Elastomeren werden mit miniaturisierten Sensoren und über die Ausbreitungseigenschaften von transversal polarisierten Schallwellen untersucht. Dazu werden hochauflösende phasensensitive Verfahren eingesetzt. Mit fluoreszierenden Molekülen und optischen Untersuchungsverfahren werden auch Messungen im molekularen Bereich durchgeführt. Mit diesen Untersuchungen soll das von den makroskopisch bekannten Phänomenen abweichende mikroskopische Verhalten aufgeklärt werden. Zudem werden über eine genauere Modellierung und messtechnische Entwicklungen die öuflung und Dynamik von Viskosimetern erhöht.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG, Innovationskolleg "Phänomene an den Miniturisierungsgrenzen", Teilprojekt R)

Akustische Charakterisierung von Gradientenwerkstoffen
Acoustic characterization of graded materials

Prof. Dr. Wolfgang Grill ( grill@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Joseph Ndop

Unter Einsatz der eigenentwickelten hochauflösenden akustischen Mikroskopie mit Phasenkontrast, der Ultraschallholographie und -tomographie, verbunden mit Methoden der Ultraschallspektroskopie, werden die für den Schalltransport spezifischen Eigenschaften von vorwiegend metallischen und keramischen Gradientenmaterialien sowie Integralschaumstoffen bestimmt. Die Arbeiten werden in Kooperation mit anderen Projekten im längerfristig angelegten Schwerpunktprogramm durchgeführt. Dabei werden technologisch relevante Proben dreidimensional ortsaufgelöst akustisch charakterisiert und Konzepte für die Herstellung von fokussierenden Ultraschallwandlern aus Gradientenwerkstoffen entwickelt.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Schwerpunktprogramm "Gradientenwerkstoffe")

Entwicklung und Prüfung der Einsatzmöglichkeiten von Ultraschallverfahren
Development and verification of the applicability of ultrasonic methods

Prof. Dr. Wolfgang Grill ( grill@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Michael Schmachtl

Basierend auf den von uns entwickelten und publizierten Ultraschallverfahren werden für Schott ML Einsatzmöglickeiten geprüft sowie Verfahren, Sensoren und Meßgeräte entwickelt. Die Arbeiten werden gemeinsam mit Schott ML durchgeführt. Es wurden neuartige Verfahren entwickelt und getestet.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (Schott ML)

Akustische Sensorik zur Beobachtung des Zeolithwachstums in mikrowellengeheizten Reaktoren
Ultrasonic equipment for monitoring of the zeolite synthesis under microwave heating

Prof. Dr. Wolfgang Grill ( grill@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Michael Schmachtl

In Kooperation mit der DASA (Astrium) wurden akustische Sensoren zur Beobachtung und Kontrolle der Reaktionsabläufe bei der Zeolithsynthese entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Anhand der sich ändernden akustischen Eigenschaften der Reaktionslösung während der Synthese konnte der zeitliche Beginn der Zeolithkristallisation in Echtzeit bestimmt werden. In Kooperation mit der Universität Erlangen und der Universität Karlsruhe wurde die entwickelte Sensorik bei der Zeolithsynthese in einem Mikrowellenofen eingesetzt. Die Arbeiten dienen der Entwicklung von Syntheseverfahren mit Mikrowellenheizung unter Schwerelosigkeit.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (ESA, ESTEC über DASA, Astrium)

Entwicklung von Ultraschallverfahren, -sensoren und -meßgeräten
Development of ultrasonic methods, sensors and measurement equipment

Prof. Dr. Wolfgang Grill ( grill@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Jens Jahny

Ausgehend von den von uns bereits entwickelten und publizierten Verfahren zur hochauflösenden Ultraschallspektroskopie und für Laufzeitmessungen werden für den industriellen Einsatz bei der Firma "Heidelberg" (Druckmaschinen) Ultraschallverfahren, -sensoren und -meßgeräte entwickelt. Gestützt durch Untersuchungen der physikalischen und meßtechnischen Grundlagen sowie durch Modellbildungen werden Voraussetzungen zum Einsatz der Meßverfahren und -geräte geschaffen. Die Arbeiten haben bereits zur Entwicklung neuartiger Meßverfahren geführt.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (Heidelberger Druckmaschinen)

Entwicklung von Sensoren zur Detektion von Abscheidungen in Kraftwerks-Braunkohleöfen
Development of ultrasonic sensors for the detection of depositions of combustion products

Prof. Dr. Wolfgang Grill ( grill@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Oliver Lenkeit

Gemeinsam mit der Firma GTE Industrieelektronik mbH werden unter Förderung durch das BMBF und die Firma RWE mechanische Sensoren für die Bestimmung von Abscheidungen in Kraftwerks-Braunkohleöfen entwickelt. Ziel des Vorhabens ist es, Sensoren zur Kontrolle des Zuwachses oder Abbaus von Abscheidungen zu entwickeln, die zur Steuerung der Verbrennungsvorgänge industriell eingesetzt werden können. Dazu wurden bisher Verfahren zur Bestimmung des Massenzuwachses der Ablagerungen und deren Konsistenz entwickelt und erprobt. Genutzt werden Schwingungssensoren sowie Ultraschallverfahren, die bei Temperaturen bis zu typisch 1500 C zum Teil kombiniert eingesetzt werden. Besondere Anforderungen bezüglich der extremen Einsatzbedingungen sind dabei zu berücksichtigen. Es werden deshalb Meßverfahren entwickelt und erprobt, die eine hohe Störsignalunterdrückung ermöglichen.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (Firmen GTE Industrieelektronik mbH und RWE sowie BMBF)

Halbleiterphysik
Semiconductor Physics

Untersuchung der Intersubniveau-Übergänge in selbstordnenden Quantenpunkten, Entwicklung neuartiger Infrarot-Detektoren und -Laser
Investigation of intersub-level transistions in self-organized quantum dots; development of novel infrared detectors and lasers

Prof. Dr. Marius Grundmann ( grundmann@physik.uni-leipzig.de )

Die im mittleren bis ferneren Infrarot (2 bis >20µm) liegenden optischen Intersubniveau-Übergänge in selbstordnenden Quantenpunkten sollen studiert werden. Das Potential dieser Übergänge für neuartige Bauelemente soll bewertet werden. Quantenpunkte (künstliche Atome innerhalb des Festkörpers) versprechen gegenüber zweidimensionalen Quantenfilmen durch die Modifizierung der Übergangs-Matrixelemente die Realisation neuartiger Anwendungen in Detektoren und Emittern für den infraroten Spektralbereich. Bei der Herstellung von Detektoren und Detektorarrays würde die bei Quantenfilm-Strukturen bisher notwendige Oberflächenkorrugation zur Erzeugung schrägen Einfalls hinfällig werden. Auch eine Verbesserung des Rauschverhaltens ist zu erwarten. Infrarot-Laseremission aus einem bipolaren Quantenpunkt-Laser (pn-Doppelheterostruktur-Diode) ist theoretisch vorausgesagt. Die Herstellung neuartiger unipolarer Infrarot-Laser nach dem quantum cascade Prinzip erscheint mit Quantenpunkten einfacher und mit besseren Eigenschaften als mit Quantenfilmen möglich. Als Untersuchungsmethoden werden MIR- und FIR-Fourier-Spektroskopie in Verbindung mit Photolumineszenz, Elektrolumineszenz, Elektrotransmission, Photoleitung und kalorimetrischer Absorptions-Spektroskopie verwendet.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

III-V-Halbleiter-Mikroresonatoren mit ultradünnen isovalenten Schichten
III-V-semiconductor microcavities with ultrathin isovalent layers

PD Dr. Bernd Rheinländer ( rheinlae@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Volker Gottschalch, Susanne Hardt, Dr. Jurana Kvietková, Prof. Dr. Jaroslav Kovác (beide SUT Bratislava), Dipl.-Ing. Ladislav Kuna (Lasr Center Bratislava)

Die Kopplung von Resonatormoden in planaren III-V-Mikroresonatoran an Excitonenmoden, die an einzelne und als Multi-Quantengraben und Supergitter mehrfach wiederholte isovalente Monolagen gebunden sind, wurden mittels polarisierter Reflexion, Ellipsometrie, Photolumineszenz- und Photostrom-Spektroskopie untersucht. Die Schichtstrukturen wurden mittels MOVPE (metal organic vapor phase epitaxy) als InAs/GaAs-Überstrukturen, eingebettet in 3,25-Mediumwellenlängen dicke Al_0,3Ga_0,7As-Mikroresonatoren, hergestellt. Die asymmetrischen Resonatoren enthalten substratseitig Al_0,2Ga_0,8As/AlAs-Bragg-Spiegel. Die InAs-Monolagen sind durch GaAs-Spacerschichten unterschiedlicher Dicke voneinander getrennt. Aufgrund der gefundenen schwachen Modenkopplung wurden Resonant-Cavity LED und kantenemittierende Oxidstreifen-Laserdioden aus diesen Strukturen präpariert. Die Laserdioden zeigen niedrigere Schwellströme, eine schmalere Laserlinie und eine wesentlich geringere Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge (0,07 nm/K) im Vergleich zu Laserstrukturen ohne Bragg-Reflektor.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Innovationskolleg INK 24/B1-1 "Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen", Teilprojekt L)

Halbleiterphysik
Semiconductor Physics

Verallgemeinerte Infrarot-Ellipsometrie von Kristallstruktur- und Ladungsträger-Effekten in komplexen Heterostrukturen von Gruppe III-Nitriden
Generalized Infrared Ellipsometry of crystalline structure and free-carrier effects in complex heterostructures of groupIII-nitrides

PD Dr. Bernd Rheinländer ( rheinlae@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Mathias Schubert, Dipl.-Phys. Alexander Kasic (gemeinsam mit Festkörperoptik)

In diesem Projekt wurde die Methode der Verallgemeinerten Spektral-Ellipsometrie auf die Untersuchung anisotroper Medien im mittleren Infrarotbereich (Wellenlänge 2 - 33 µm) erweitert, um die infrarot-optischen Eigenschaften komplexer Halbleiter-Dünnschicht-Heterostrukturen einschließlich kurzperiodischer Übergitter bestimmen zu können. Einzelne Komponenten der aus Gruppe-III-Nitriden bestehenden Heterostrukturen wurden dabei hinsichtlich ihrer Kristallstruktur und der in ihnen vorhandenen freien Ladungsträger analysiert. Anhand der optisch-dielektrischen Eigenschaften konnten Aussagen zum Gitterschwingungsverhalten, zur Kristallqualität, zur Verspannung und der Mischkristallzusammensetzung sowie im Falle der Dotierung zur Konzentration und Beweglichkeit freier Ladungsträger (elektrische Leitfähigkeit) von binären (AlN, GaN) und ternären (AlGaN, InGaN, AlInN) Gruppe-III-Nitrid-Verbindungen getroffen werden. Die Fortsetzung des Projektes dient dem Ziel, die an den untersuchten Einzelschichten und Übergitterstrukturen gewonnenen Informationen gezielt zur Charakterisierung komplexer Heterostrukturen für optoelektronische Bauelemente und Transistoren einzusetzen.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Schwerpunktprogramm "Gruppe III-Nitride und ihre Heterostrukturen: Wachstum, materialwissenschaftliche Grundlagen und Anwendungen")

Hochtemperatur-Supraleiter-Bandpassfilter für Mikrowellen - Kommunikations- Systeme
High-Temperature Superconducting Bandpass Filters for Microwave Communication Systems

Dr. Michael Lorenz ( mlorenz@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Vladimir M. Pan (Institut für Metallphysik der Akademie der Wissenschaften der Ukraine)

Das Projekt dient der Unterstützung der international renomierten Forschergruppe von Prof. Dr. V. M. Pan in Kiew, um dem weiteren Zerfall der Forschungsstrukturen in der Ukraine entgegenzuwirken. Das wissenschaftliche Ziel des Vorhabens sind Beiträge zum bisher weltweit noch nicht umfassend verstandenen Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und Mikrowelleneigenschaften von dünnen Hochtemperatur-supraleitenden Filmen.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Drittmittel (BMBF: TRANSFORM-Beratungskonzept)

Supraleiter und neuartige Keramiken für die Kommunikationstechnik der Zukunft - Herstellung und Optimierung von doppelseitigen PLD RE-123-Schichten
Superconductors and New Ceramics for the Communication Technique of the Future - Deposition and Optimization of double-sided PLD RE-123 Thin Films

Dr. Michael Lorenz ( mlorenz@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Ing. Holger Hochmuth, Dieter Natusch

In Weiterführung der Arbeiten in mehreren BMBF-Verbundprojekten sollen in dem Unterauftrag folgende Ziele erreicht werden: Entwicklung von großflächigen und beidseitigen HTSL-Dünnfilmen nach Anwenderspezifikation, Bereitstellung eines raumfahrtspezifizierten PLD-Verfahrens zur effektiven Serienbeschichtung von Saphirwafern mit dem HTSL-Dünnschichtsystem, Sicherung der perspektivischen Bereitsstellung von HTSL-Dünnfilmen für den Fall eines Marktdurchbruches der HTSL-Technologie und ggf. Ausgründung eines KMUs.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Drittmittel (BMBF und Robert BOSCH GmbH, Leitprojekte "Innovative Produkte auf der Grundlage neuer Technologien sowie zugehöriger Produktionsverfahren")

Laser-Plasmaabscheidung auf 8-Zoll Substratdurchmesser für die Kommunikationstechnik der Zukunft
Pulsed Laser Deposition at Substrate Diameter of 8-inch for the Communication Technique of the Future

Dr. Michael Lorenz ( mlorenz@physik.uni-leipzig.de ), Dieter Natusch, Holger Hochmuth

Im Projekt soll das PLD-Abscheideverfahren bezüglich eines nutzbaren Substratdurchmessers von 8 Zoll erweitert werden. Dies würde die gleichzeitige Beschichtung von gleichzeitig drei 3-Zoll Wafern erlauben, was einen Schritt hin zu einem effektiven PLD-Beschichtungsverfahren für Kleinserien bedeuten würde. Derartige Substratheizer für Temperaturen von 800 C in reiner Sauerstoffumgebung sind kommerziell nicht verfügbar und müssen daher selbst entwickelt und konstruiert werden.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Drittmittel (SMWK)

Elektronische Struktur und mechanische Eigenschaften von kovalenten C₃N₄ -Schichten
Electronic Structure and Mechanical Properties of Covalent C₃N₄ - Thin Films

Dr. Michael Lorenz ( mlorenz@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Thomas Thärigen

Im Teilprojekt wird die PLD-Darstellung von harten CN-, C-Si-N- und C-B-N- Dünnfilmen untersucht. Beiden Materialsystemen werden im Vergleich zu Diamant und anderen etablierten Hartstoffen neuartige anwendungsrelevante Eigenschaften zugesprochen. Im Projekt werden daher Nanohärte und weitere mechanische Eigenschaften der abgeschiedenen amorphen Dünnfilme untersucht und mit ihrer Mikrostruktur (XPS, AES, XANES, IR, Raman) korreliert. Zusätzlich wird die Elektronen-Feldemission aus modifizierten Kohlenstoff-Filmen gemessen.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Drittmittel (DFG: Innovationskolleg 24 "Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen", Teilprojekt C, und SMWK)

PLD von Zn_x(CuIn)_1-xS₂-Dünnfilmen
PLD of Zn_x(CuIn)_1-xS₂-thin films

Dr. Michael Lorenz ( mlorenz@physik.uni-leipzig.de ), Gabriele Ramm, Dieter Oppermann (Institut für Mineralogie)

Das Projekt dient der Darstellung von Zn_x(CuIn)_1-xS₂ (ZCIS)-Dünnfilmen mittels Laser-Plasmaabscheidung (Pulsed Laser Deposition - PLD) sowie der physikalischen Tiefenprofilanalytik der abgeschiedenen Dünnfilme mittels SNMS für weiterführende kristallographische, chemische und physikalische Untersuchungen in Partnerprojekten im wesentlichen unter der Federführung von Herrn Prof. Dr. K. Bente, Universität Leipzig. Die PLD ist eine anerkannt flexible Methode zur Abscheidung von hochwertigen Multielement-Dünnschichten und hat sich in den Voruntersuchungen auch als sehr praktikabel zur Abscheidung von ZCIS erwiesen.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Drittmittel (DFG)

Dimensionsquantisierung in III-V-Heterostrukturen
Dimension quantization in III-V-heterostructures

Dr. Volker Gottschalch ( gottsch@sonne.tachemie.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Reinhard Schwabe, ( schwabe@physik.uni-leipzig.de ), PD Dr. Bernd Rheinländer, PD Dr. Rainer Pickenhain, Dr. Heidemarie Schmidt, Dr. Gerald Wagner, Dr. Gerrit Kirpal, Dr. Mathias Schubert, Gabriele Benndorf, Tino Hofmann, Fred Pietag, Alexander Kasic, Ph.D. Jaroslav Kovac

Die umfangreichen Epitaxieaktivitäten im Projektzeitraum dienten der Klärung des MOVPE Wachstumsmechanismus von GaAs-, InAs-, AlAs-, InP- und GaP-Monolagenschichten und Übergittern in unterschiedlichem Barrierenmaterial mit dem Ziel einer Nutzung als aktives Medium in Emitterstrukturen. Die Lokalisierungsenergien für Monolagenschichten in den verschiedenen Materialkombinationen wurden mittels Photolumineszenz, Ellipsometrie, Kapazitätsspekroskopie und Photostrommessungen ermittelt und durch eine theoretische Beschreibung der Energiebandstruktur an ausgewählten Beispielen gestützt. An (InP)_m(GaP)₁-Übergittern (m = 4...14) konnte gezeigt werden, daß die Pseudopotentialmethode in Superzell-Näherung zur Berechnung der Energiebandstruktur geeignet ist und Ergebnisse liefert die durch ellipsometrische Messungen bestätigt werden. Isolierte InAs-Monolagen und kurzperiodische InAs/(Al)GaAs-Übergitter des Typs ((InAs)₁(GaAs)₄)_5..10 konnten erfolgreich als aktives Gebiet in Halbleiterlasern mit einer Emissionswellenlänge von ca. 890 bis 940 nm eingesetzt werden.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Innovationskolleg "Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen", Teilprojekt K)

Einsatz alternativer Quellen beim MOVPE-Wachstum von kubischen (GaIn) (N,P,As) Heterostrukturen auf verschiedenen A(III)-B(V)-Halbleitersubstraten
MOVPE growth of cubic (GaIn)(N,P,As) heterostructures on different A(III)-B(V)-substrates using alternativ sources

Dr. Volker Gottschalch ( gottsch@sonne.tachemie.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Reinhard Schwabe ( schwabe@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Gerrit Kirpal, Gunnar Leibiger

Die ternären und quarternären Mischkristalle GaN_yAs_1-y bzw. In_xGa_1-xN_yAs_1-y und GaN_yP_1-y sind wegen ihrer ungewöhnlichen optischen und elektronischen Eigenschaften als aktives Material für Laser- und Detektorstrukturen in der optischen Nachrichtenkommunikation aktueller Gegenstand der Forschung. Gegenstand unserer Projektarbeiten war das Studium der MOVPE-Wachstumsvorgänge von verspannten und unverspannten Heteroübergängen im System (Ga,In)(N,P,As). Neben diesem vor allem akademischen Interesse, das durch die drastische Reduzierung der Bandlückenenergie mit steigendem Stickstoffgehalt bzw. durch die starke Abhängigkeit des "Bowing"-Koeffizienten von der Mischkristallzusammensetzung induziert wurde, galten die experimentellen Arbeiten dem Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Züchtungsbedingungen und den optischen Eigenschaften des ternären Materials als Voraussetzung für dessen technische Nutzung und der epitaktischen Synthese von In_xGa_1-xNyAs_1-y-Mischkristallen definierter Eigenschaften.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Drittmittel (DFG)

Entwicklung von optoelektronischen Komponenten für ein mobiles FTIR-Spektrometer zur Schadstoffanalyse
Development of optoelectronic devices for a mobile FTIR spectrometer for analysis of harmful chemicals

Prof. Dr. Reinhard Schwabe ( schwabe@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Volker Gottschalch, Dr. Helmut Herrnberger, Martin Gerhardt, Fred Pietag, Karsten Otte

Projektanliegen ist die Entwicklung und Fertigung optoelektronischer Spezialbauelemente für ein mobiles FTIR-Spektrometer zur Schadstoffanalyse mit Blick auf die Spektrometerminiaturisierung und Minimierung der Leistungsaufnahme.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Drittmittel (SMWA)

Mikrooptiken und -strukturen in III-V-Halbleiterschichtanordnungen: Grundlagen und Anwendungen
Microoptics and -structures in III-V semiconductor-layer arrangements: fundamental and application

Prof. Dr. Reinhard Schwabe ( schwabe@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Volker Gottschalch ( gottsch@sonne.tachemie.uni-leipzig.de ), Gunnar Leibiger, Dr. Helmut Herrnberger, Fred Pietag

Ziel des Projektes ist die Kombination optoelektronischer und mikrooptischer Komponenten in neuartigen Emitterbauelementen auf AIII-BV-Materialbasis. Im Mittelpunkt der Arbeiten stehen: die gasphasenepitaktische in situ-Darstellung von hochreflektierenden (Al,Ga)As-Bragg-Spiegeln, plasmaunterstützte Gasphasenabscheidung von dielektrischen Bragg-Spiegeln, Oberflächenvergütung von Halbleitersubstraten mittels reaktiven Ionenstrahlätzens sowie monolithische Integration von Präzisionsoptiken zur Strahlkollimation von Oberflächenemittern und Kantenstrahlern.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Drittmittel (DFG: Forschergruppe "Teilchenstrahlenstimulierte Ultrapräzisions-Oberflächenbearbeitung")

Physik Dielektrischer Festkörper
Physics of Dielectric Solids

Hochfeld-EPR an nanokristallinen Ferroelektrika
High-field EPR on nanocrystalline ferroelectrica

Prof. Dr. Rolf Böttcher ( boettch@physik.uni-leipzig.de )

Die Eigenschaften von Nanomaterialien beruhen auf der Reduzierung ihrer geometrischen Ausdehnung auf eine Längenskala, wobei die physikalischen Eigenschaften der entsprechenden Werkstoffe mit makroskopischen Abmessungen entscheidend geändert werden. Über die Zeeman- und Feinstrukturwechselwirkung paramagnetischer 3d-Ionen werden Informationen über den Einfluß der Kristallitgröße auf die Struktur und Symmetrie der Gitterplätze in den unterschiedlichen Strukturbereichen des Materials, auf die Größe des Volumenverhältnisses des Bulkmaterials zur Randschicht, sowie auf die Veränderung der ferroelektrischen Eigenschaften gewonnen. Durch Unterdrückung der Effekte in zweiter Ordnung erlaubt erst die W-Band-Spektroskopie die eindeutige Interpretation der Spektren der paramagnetischen Ionen.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Schwerpunktprogramm "Hochfeld-EPR in Biologie, Chemie, Physik")

Strukturaufklärung der Tieftemperaturphasen des Dimethylammoniumgalliumsulfat (DMAGaS) und Untersuchung des Ordnungs-Unordnungs-Verhalten der DMA-Gruppen mit EPR-Spektroskopie
Elucidation of the structure of the low temperature phases of dimethylammonium gallium sulfate (DMAGaS) and investigation of the order-disorder behavior of the DMA-groups by EPR spectroscopy

Prof. Dr. Rolf Böttcher ( boettch@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Dieter Michel ( michel@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Georg Völkel

Dimethylammoniumgalliumsulfat (DMAGaS) besitzt zwei Phasenübergänge bei T_C1 = 136 K (paraelektrisch-ferroelektrisch) und T_C2 = 118 K (ferroelektrisch-nicht-polar). Die Ergebnisse der bisher publizierten dielektrischen Messungen an DMAGaS-Einkristallen zum Temperatur-Druck-Phasendiagramm wurden in unserer Gruppe kritisch ausgewertet und mit einem überraschend einfachen Landau-Ansatz erstmals theoretisch beschrieben. Aufgrund dieser theoretischen Untersuchungen kann geschlußfolgert werden, daß am Phasenübergang T_C2 DMAGaS von der ferroelektrischen in eine antiferroelektrische Phase übergeht. Ein experimenteller Beweis für diese Aussage soll durch EPR-Untersuchungen an Cr-dotierten DMAGaS-Kristallen im Rahmen dieses Projektes erbracht werden.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

Dynamik, Ordnungsverhalten und Reaktivität von Molekülen in mikro- und mesoporösen Materialien
Dynamics, order behaviour and reactivity of molecules in microporous and mesoporous materials

Prof. Dr. Dieter Michel ( michel@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Winfried Böhlmann, Dipl.-Phys. Jörg Roland

Unter Anwendung von Verfahren der ein- und mehrdimensionalen ¹H- und ¹³C-NMR-Spektroskopie können sowohl die Konformation als auch die Dynamik von Molekülen in eingeschränkten Geometrien untersucht werden. Dabei erhält man wichtige Informationen über die Mobilität und die Wechselwirkungen mit den zeolithischen Materialien der adsorbierten Spezies. Als Zeolithe kommen vor allem die technisch relevanten Typen wie ZSM-5, NaX, NaY, u.a. zum Einsatz, wobei diese porösen Materialien in eigener Synthese hergestellt werden, um den Anforderungen an die NMR-Spektroskopie zu genügen. Besonders wichtige Kriterien der Synthese sind dabei die Reinheit (geringe paramagnetische Verunreinigungen) und ein hoher Grad an Kristallinität. Der Schwerpunkt des Projektes besteht zum einen darin, eine Substanzbasis für das vorliegende und andere Teilprojekte des SFB zu bieten. Andererseits sollen Struktur und Dynamik von adsorbierten Molekülen oder molekularen Systemen mit diesen modernen Verfahren untersucht werden.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Sonderfoschungsbereich 294, Teilprojekt G8)

Untersuchung der Dynamik inkommensurabel modulierter Kristalle mit Methoden der kernmagnetischen Resonanz
Study of the dynamic of incommensurately modulated crystals by means of nuclear magnetic resonance spectroscopy

Prof. Dr. Dieter Michel ( michel@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Abdoulaye Taye, Prof. Dr. Jörn Petersson, Dr. Frank Decker (beide Universität des Saarlandes)

Bei einer bestimmten Temperatur T_i gehen einige dielektrische Kristalle von einer normalen (N) Hochtemperaturphase in eine strukturell inkommensurabel (IC) modulierte Phase über. Wegen dieser Inkommensurabilität treten in IC-Systemen kollektive Anregungen mit extrem niedrigen Frequenzen (sog. "Phasonen") bzw. mit höheren Frequenzen (sog. "Amplitudonen") auf. Mittels der quadrupolgestörten NMR-Spektroskopie, aber auch der Kernquadrupolresonanz und -relaxation werden die niederfrequenten elementaren Anregungen und die damit verbundenen kritischen Phänomene in den Kristallen Rubidiumtetrachlorozinkat [RZC], Rubidiumtetrabromozinkat [RZB], Dichlorobiphenylsulfon [BCPS] und Bis-chlorophenylsulfon]) untersucht. Durch die Untersuchungen sind die berührten grundsätzlichen festkörperphysikalischen Fragestellungen näher analysiert worden.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel ( DFG)

Signalbearbeitung für Medizinische Magnetresonanz-Tomographie und -Spektroskopie
Advanced Signal Processing for Medical Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy

Prof. Dr. Dieter Michel ( michel@physik.uni-leipzig.de ), Dr. André Pampel, Ing. Christophe Mangeat, Ing. Eric Jullo (beide Universität Lyon 1, Frankreich)

Die Magnetresonanz-Tomographie (MRT) -Methode hat sich zu einem sehr wichtigen Verfahren der Medizin entwickelt. Ihre Anwendung schließt die Bildgebung (Magnetic Resonance Imaging, MRI) und spektroskopische Untersuchungen ein (Hochauflösende Magnetresonanz-Spektroskopie (NMR oder MRS) in Verbindung mit bildgebenden Verfahren ein. Im vorliegenden Projekt werden Methoden zur Datenauswertung entwickelt, die sich sowohl auf neue mathematische Verfahren (Datenanalyse im Zeitbereich, Maximum Entropie-Methoden, Lineare Prädiktionsverfahren) zur Auswertung von MRS-Spektren beziehen als auch neue Methoden zur Berechnung und Auswertung von Spindichteverteilungen (MR-Tomogramme) betreffen. Vor allem werden moderne Quantisierungsalgorithmen (z.B. für die Quantisierung von Metabolithen) erarbeitet. In Leipzig wird in enger Kooperation mit den Universitäten Claude Bernard (Lyon 1) und der Katholischen Universität Leuven jetzt ein neue Version des Programmsystems entwickelt, die nicht mehr den Einsatz des MathLab erfordert: Magnetic Resonance User Interface (MRUI).

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (EU: Training and Mobility and Researchers)

Hochfeld NMR Spektroskopie
High-field NMR spectroscopy

Prof. Dr. Dieter Michel ( michel@physik.uni-leipzig.de )

NMR-spektroskopische Untersuchungen bei sehr hohen Magnetfeldern zur Untersuchung der Struktur und Dynamik von Molekülen in Wechselwirkung mit festen Grenzflächen und mit biologischen Membranen sind durch die Einführung von Methoden der Festkörper-NMR-Spektroskopie sehr wesentlich verbessert worden. Die Anwendungen wurden möglich, nachdem ein 750 MHz-NMR-Spek-trometer (mit einem "narrow bore"-Magneten) an der TU München (Gruppe von Prof. Dr Horst Kessler) installiert und mit einem entsprechenden Festkörperzusatz (Bewilligung für Leipzig) ausgestattet wurde. Im Rahmen dieses Projektes, das die Reisekosten für Messungen sicher gestellt hat, sind folgende Themen untersucht worden: Solid state high-resolution NMR spectroscopy on quadrupole nuclei (in zeolites and mesoporous materials) by means of multiple quantum NMR (D. Freude et al.), Investigation of the association of polypeptides on biological membranes (A. Pampel, F. Volke, D. Michel) und Two-dimensional NMR spectrocopy of adsorbed molecules (D. Michel, J. Roland).

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

ESR-, ENDOR- und ESEEM-Spektroskopie zur Struktur und Dynamik von Molekülen in Wechselwirkung mit aciden Zentren an Festkörperoberflächen
ESR, ENDOR, and ESEEM spectroscopy of the structure and dynamics of mole-cules in interaction with acid centres on solid surfaces

Dr. Andreas Pöppl ( poeppl@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Thomas Rudolf, Dipl.-Phys. Marlen Gutjahr

In diesem Projekt sollen acide Zentren in mikroporösen Materialien unter Zuhilfenahme von paramagnetischen Adsorptionskomplexen, gebildet durch elektrophile Sondenmoleküle, charakterisiert werden. Die besondere Art dieser Komplexe läßt sich mittels Elektronen-Spin-Resonanz und abgeleiteter Verfahren untersuchen. Im Mittelpunkt dieses Forschungsvorhabens stehen dabei Adsorptionskomplexe, welche an einwertigen Kationen (Na⁺, Li⁺, Cs⁺) als auch an Aluminiumdefektzentren in den Zeolithen Y, Mordenit und ZSM-5 gebildet werden. Ausgehend von bisher durchgeführten Experimenten werden Stickstoffmonoxid (NO) und Di-tert-butyl-nitroxid (DTBN, (C₄H₉₎₂NO) als paramagnetische Adsorbatmoleküle Verwendung finden. Dabei gestatten ESR-Untersuchungen an NO-Adsorptionskomplexen sowohl Aussagen über die Struktur des gebildeten Komplexes, somit auch des Adsorptionsplatzes, die Dynamik des Sondenmoleküls und die elektrische Feldstärke am Adsorptionsplatz als auch eine quantitative Bestimmung der Adsorptionsenergie des Sondenmoleküles. Bei Verwendung von DTBN als Adsorbatmolekül kann direkt der Einfluß des Adsorptionsplatzes auf die Spindichteverteilung im Adsorbat studiert werden. Die Spindichteverteilung im DTBN-Molekül kann dann als Maß für die Elektronenaffinität der Adsorptionszentren betrachtet werden.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und DFG (Sonderforschungsbereich 294, Teilprojekt F7)

Hochfeld-EPR-Spektroskopie an monomeren und dimeren Stickstoffmonoxid-Komplexen in Zeolithen
High-field EPR spectroscopy of monomer and dimmer nitric oxide complexes in zeolites

Dr. Andreas Pöppl ( poeppl@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Martin Hartmann (Universität Kaiserslautern)

In diesem Projekt wird die Bildung und Struktur von monomeren und dimeren Stickstoffmonoxid-Adsorptionskomplexen an Metallionen auf Kationenplätzen in Zeolithen mit Hilfe der W-Band-Elektronen-Spin-Resonanz (ESR)-Spektroskopie untersucht. Im Mittelpunkt stehen dabei NO-Adsorptionskomplexe, die an einwertigen Kupferionen in Zeolithen vom Typ Cu-ZSM-5 gebildet werden. Obwohl solche Materialien für die Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren von technologischem Interesse sind, konnten die Strukturen der am Cu⁺-Ion gebildeten NO-Adsorbatkomplexe weitgehend noch nicht aufgeklärt werden. Auf der Basis des hohen spektralen Auflösungsvermögen der ESR-Spektroskopie bei W-Band-Frequenzen sollen aus den Pulverspektren des monomeren Cu⁺-NO-Komplexes die Hauptachsenwerte des g-Tensors und der ¹⁴N- und ⁶³Cu-Hyperfeinstruktur-Wechselwirkungstensoren und die Lage dieser Tensoren bezüglich des g-Tensorhauptachsensystems ermittelt werden. Im Fall der dimeren Cu⁺-(NO)₂-Komplexe ist zusätzlich der Feinstrukturtensor dieser Triplettsysteme zu bestimmen. Diese Daten erlauben dann eine detaillierte Strukturbestimmung der gebildeten -Adsorptionskomplexe. Für die bisher nur wenig untersuchten dimeren NO-Spezies sind zum Vergleich Messungen am NaA-Zeolithen vorgesehen, in denen chemisch stabile dimere NO-Adsorptionskomplexe erzeugt werden können.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Schwerpunktprogramm "Hochfeld-EPR in Biologie, Chemie, Physik")

Nukleare Festkörperphysik
Nuclear Solid State Physics

Die Leipziger Hochenergie-Nanoionensonde "LIPSION"
The Leipzig high energy ion nanoprobe "LIPSION"

Prof. Dr. Tilman Butz ( butz@physik.uni-leipzig.de ), PD Dr. Rolf-Horst Flagmeyer^å, Dipl.-Phys. Johannes Heitmann, Dr. Dietmar Lehmann, Dipl.-Phys. Tilo Reinert, Dipl.-Phys. Daniel Spemann, Priv.-Doz. Dr. Wolfgang Tröger, Dr. Jürgen Vogt

Die Hochenergie-Nanoionensonde, bestehend aus dem neu entwickelten 3MV-SINGLETRON^TM-Beschleuniger (HVEE) und dem Ionenmikroskop mit sepa-riertem, magnetischem Quadrupol-Quadruplet MPU-3 (MARC), ist seit nunmehr zwei Jahren im Probebetrieb. Durch simultane Aufnahme der protoneninduzierten Sekundärelektronen, der charakteristischen Röntgenstrahlung sowie der gestreuten und transmittierten Ionen wurden aussagekräftige, mikroskopische Bilder der Dichte- und Elementverteilung in diversen Proben (Halbleiter-, Zahn-, Knorpel-, Knochen- und Mineralproben) sowie von Oberflächenstrukturen (LSI-Schaltkreise, Teststrukturen) gewonnen. Durch Optimierung der Systemein-stellungen und Aufbau einer Abschirmung gegen magnetische Störfelder gelang es, die laterale Auflösung deutlich zu verbessern: 40 nm (Weltrekord) im Trans-missionsmode und 300 nm für den Röntgennachweis.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG, HBFG-Verfahren)

Visualisierung des Kollagengerüsts im Gelenkknorpel
Visualisation of collagen fibres of joint cartilage

Prof. Dr. Tilman Butz ( butz@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Tilo Reinert, Dr. Jürgen Vogt

Im Gelenkknorpel liegt das kollagene Fasernetz in unterschiedlicher Strukturie-rung und Dichte vor, die sich mittels Magnetresonanzmikroskopie nachweisen lässt (Kooperation mit dem Institut für Medizinische Physik und Biophysik). Die kollagenen Fasern und deren Ausrichtung konnten durch höchstauflösende Messungen sichtbar gemacht werden. Dabei ergab sich der Hinweis auf eine Anordnung der Kollagenfibrillen zu tubulären Strukturen. Die tomographische Transmissionsionenmikroskopie (STIM-Tomographie) wird zur Untersuchung der räumlichen Anordnung der kollagenen Strukturen angewandt. Daraus werden Erkenntnisse über die Funktion und Bedeutung der verschiedenen Kollagenstrukturen erwartet.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Innovationskolleg "Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen", Teilprojekt M)

Einzelionenbeschuß lebender Zellen
Single ion bombardment of living cells

Prof. Dr. Tilman Butz ( butz@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Tilo Reinert, Dr. Judith Tanner (Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie, Universität Halle), Dr. Jürgen Vogt

In der Therapie maligner Erkrankungen wird Bestrahlung eingesetzt, um Tumoren zu verkleinern. Die Bestrahlung löst in Zielzellen Reaktionen wie genomische Instabilität, Mikronuklei und Apoptose aus. Neuere Erkenntnisse belegen, daß dieselben Reaktionen in unbehandelten, nicht-bestrahlten Nachbarzellen (bystander cells) ausgelöst werden durch den sogenannten Bystander-Effekt. Der genaue Mechanismus dieses Effektes, seine Häufigkeit und Bedeutung ist bis heute unklar. Zur Untersuchung des Bystander-Effekts eignet sich der Beschuß lebender Zellen mit einzelnen Ionen an genau definierten Stellen (Zellwand, -Kern, usw.) sehr gut. Dazu wurden an der Hochenergie-Ionensonde LIPSION Vorversuche zur Positionierung des Ionenstrahls mit einer Genauigkeit von besser als 100 nm durchgeführt.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (EU: Marie Curie Host Fellowship)

Untersuchung historischer Knochen mittels Ionolumineszenz und mikroPIXE
Investigation of ancient human bone by means of ionoluminescence and micro PIXE

Prof. Dr. Tilman Butz ( butz@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Daniel Spemann, Dipl.-Phys. Steffen Jankuhn, Dr. Jürgen Vogt

Um Aussagen über lagerungsbedingte postmortale Veränderungen des Elementgehalts historischer Knochen treffen zu können, wurden Verteilungen ausgewählter Elemente und die Ionolumineszenz an Femur-Querschnitten historischer Knochen untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß es zu einem lagerungsbedingten Eintrag von Mn kommt, das teilweise über den Ionenaustauschprozeß Ca²⁺ <--> Mn²⁺ in das Knochenmineral eingebaut wird. Der Eintrag von Mn erfolgt vorzugsweise durch die das Knochengewebe durchziehenden Kanäle und ist damit lateral stark inhomogen. Diese lagerungsbedingten postmortalen Veränderungen sind auf eine Tiefe von 2 mm bzgl. der äußeren Knochenoberfläche beschränkt.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Innovationskolleg "Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen", Teilprojekt M)

Analyse der Haupt- und Spurenelementgehalte an historischen menschlichen Knochen mit Ionenstrahltechniken
Main and trace element analysis of ancient human bone via ion beam techniques

Dipl.-Phys. Steffen Jankuhn ( jankuhn@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Tilman Butz, Dr. Jürgen Vogt

Am Oberschenkelhals menschlicher Femora des 6.-8. Jh. n. Chr. werden die Knochenmineraldichte (BMD) (Kooperation mit dem Institut für Anthropologie und Humangenetik für Biologen, Universität Frankfurt am Main) und die Haupt- und Spurenelementkonzentrationen (Kooperation mit dem Institut für Kernphysik, Universität Frankfurt am Main) bestimmt, um Rückschlüsse auf Lebensumstände und Gesundheitsstatus Merowingischer Populationen zu gewinnen. Als Analysemethoden kommen Ionenstrahlmethoden (PIXE, PIGE, BS) und Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) zum Einsatz. Durch Vergleich der Elementgehalte von Knochenproben vergleichbarer Populationen (Alterszusammensetzung, Liegezeit u. a.) von vier Fundstätten in Rheinland-Pfalz mit anderen spezifischen Merkmalen des menschlichen Skeletts (BMD, Alter, Geschlecht) wurden signifikante Korrelationen gefunden, die eine genauere Charakterisierung dieser Populationen ermöglichen.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung

Charakterisierung von Zn_2-2xCu_xIn_xS₂ -Dünnschichten mittels RBS und PIXE
Characterization of Zn_2-2xCu_xIn_xS₂ thin films by means of RBS and PIXE

Prof. Dr. Tilman Butz ( butz@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Daniel Spemann, Dr. Jürgen Vogt

Dünne Schichten aus Zn_2-2xCu_xIn_xS₂-Mischkristallen sind vielversprechende Materialien im Hinblick auf ihre Verwendung als Absorberschichten in Dünnschichtsolarzellen. Zur Optimierung ihrer elektronischen Eigenschaften und der Kristallqualität werden sie mit unterschiedlichen Zusammensetzungen auf verschiedenen Substraten mittels PLD abgeschieden. Die Bestimmung der Elementzusammensetzung und lateralen Homogenität erfolgt ortsaufgelöst unter Nutzung von 2 MeV He⁺- und H⁺-Ionenstrahlen mittels Rutherford-Rückstreuung (RBS) und teilcheninduzierter Röntgenemission (PIXE). Die Kristallperfektion wird mit RBS unter Nutzung des Gitterführungseffektes untersucht.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

Lumineszenz geordneter Si-Strukturen in SiO2
Luminescence of ordered Si-structures in SiO2

Prof. Dr. Tilman Butz ( butz@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Johannes Heitmann, Dr. J.C. McCallum (University of Melbourne, Australien), Dr. Jan Meijer (Ruhr-Universität Bochum), Dr. Andreas Stephan (Ruhr-Universität Bochum), Prof. Dr. Margit Zacharias (MPI für Mikrostrukturphysik Halle)

Trotz umfangreicher Untersuchungen in den letzten Jahren ist der Mechanismus der Lumineszenz von Si-Nanokristallen (nc-Si) in oxidischer Matrix immer noch nicht vollständig verstanden. Wir haben gezeigt, daß es möglich ist, durch Ionen-implantation von Si in SiO₂ mit dem Schwerionenprojektor der Ruhr-Universität-Bochum, geordnete Si-Punktarrays mit µm und sub-µm großen lateralen Ausdehnungen herzustellen. Sie zeigen nach einer Temperung ein starkes Photolumineszenzsignal bei Raumtemperatur. Die deutliche Rotverschiebung der Lumineszenz mit wachsender Implantationsdosis entspräche der Erklärung der Lumineszenz durch das Quantum Confinement Modell, allerdings konnten weder durch hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie noch durch Röntgenbeugungsmessungen Si-Nanokristalle nachgewiesen werden. Der Mechanismus, der die beobachtete Lumineszenz erklärt, ist daher Gegenstand weiterer Untersuchungen.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG: Innovationskolleg "Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen", Teilprojekt M)

Enzymatische Quecksilber-Detoxifikationsstudien mit ^199mHg-TDPAC
Enzymatic mercury detoxification studies via ¹⁹⁹mHg TDPAC

PD Dr. Wolfgang Tröger ( troeger@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Tilman Butz

Durch Vergleich der Kernquadrupolaufspaltung von ^199mHg in verschiedenen zweifach, dreifach und vierfach Schwefel-koordinierten Modellverbindungen gelingt es, die Hg-Koordination in dem Regulatorprotein MerR des enzymatischen Quecksilberdetoxifikationssystems eindeutig als dreifach cysteinligandiert zu bestimmen. Außerdem wurden umfangreiche Studien zur Quecksilber-Ionenreduk-tase MerA sowie zu zahlreichen Mutanten davon durchgeführt.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

Monomolekulare Adsorbatschichten von Makromolekülen auf atomar glatten Festkörperoberflächen
Monomolecular adsorbates of macromolecules on atomically flat solid surfaces

PD Dr. Wolfgang Tröger ( troeger@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Tilman Butz, Prof. Dr. Mathias Lösche

Mit Radioisotopen markierte Makromoleküle werden auf atomar glatten Oberflächen adsorbiert. Durch die Messung der Kernquadrupolwechselwirkung der Marker via gestörter gamma-gamma-Winkelkorrelation wird der Orientierungsgrad der Adsorbatschicht bestimmt. Im Vordergrund stehen dabei die globulären Elektrontransferproteine Azurin, Stellacyanin und Plastocyanin. Diese Proteine werden entweder direkt auf die Oberfläche physisorbiert oder durch - über ortsgerichtete Mutagenese erzeugte - Ankermoleküle an der Proteinoberfläche chemisorbiert. Mittlerweile gelang es, monomolekulare Adsorbatschichten von Stellacyanin auf MoS₂ mit lateralen Abmessungen im Bereich von einigen Zehntel µm herzustellen. Es gibt deutliche Hinweise auf eine 2D-Ordnung. Im weiteren Verlauf des Projekts sollen mit den Adsorbatschichten Untersuchungen zum Elektrontransfer in diesen Systemen vorgenommen werden.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (BMBF)

Untersuchungen zur molekularen Integrität von Radiopharmaka unter Applikationsbedingungen mit TDPAC
Investigations of the molecular integrity of radiopharmaceuticals under application conditions via TDPAC

PD Dr. Wolfgang Tröger ( troeger@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Tilman Butz, Dr. Roger Alberto (Universität Zürich), Prof. Dr. Pius A. Schubiger, Dr. Daniela Angst (beide Paul-Scherrer-Institut, Villigen/Schweiz)

Das Radionuklid ¹¹¹Ag ist als fast reiner beta -Strahler mit einer Halbwertszeit von 7,5 d ein idealer Kandidat für die systemische Radioimmunotherapie. Dazu muss [¹¹¹Ag]⁺ quantitativ unter Applikationsbedingungen (physiologisches Milieu, picomol-Mengen) in-vivo-stabil durch geeignete Liganden komplexiert und an ein tumorspezifisches Trägermolekül (tumour seeking agent) gekoppelt werden. Konventionelle Methoden der Strukturaufklärung sind in diesem Spurenkonzentrationsbereich nicht einsetzbar. ¹¹¹Ag wird als Sonde für die zeitdifferentielle gestörte gamma-gamma-Winkelkorrelation (TDPAC) benutzt, um über die Kernquadrupolwechselwirkung den Anteil der komplexierten Radionuklide und die Koordination des Ag-Komplexes zu bestimmen. In die Untersuchungen wurden verschiedene Thiokronenether, Kryptanden und Podanden einbezogen, die klare Aussagen über Koordinationsgeometrien - auch in gefrorenen Lösungen - erlauben.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

Koordinationsstudien von Schwermetallionen in Metallothioneinen
Coordination studies of heavy metal ions in metallothioneines

PD Dr. Wolfgang Tröger ( troeger@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Tilman Butz, Dr. Peter Faller (CEA, Saclay, Frankreich), Prof. Dr. Milan VaÜák (Universität Zürich)

Metallothioneine sind eine Gruppe von hitzebeständigen, kleinen, cysteinhaltigen Proteinen, die eine hohe Affinität zu d10-Metallionen [z.B. Ag(I), Zn(II), Cd(II) Hg(II)] besitzen und eine wesentliche Rolle bei der Schwermetalldetoxifikation sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren spielen. Über die Kernquadrupolwechselwirkung (NQI) der Sonden ^111mCd und ^199mHg, die mit der Methode der zeitdifferentiellen gestörten gamma-gamma-Winkelkorrelation (TDPAC) gemessen wird, werden die Bindungsplätze dieser Metallionen in Metallothioneinen identifiziert (Koordina-tionszahl, -geometrie und Art der Liganden). Abhängig vom Verhältnis Metall / Metallothionein werden unterschiedliche Koordinationsgeometrien beobachtet: bei Metallunterschuß überwiegt die zweifache Koordination.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung

Vielfarbiges Glas im spätkeltischen Europa (3.-1.Jh. v. Chr.), Untersuchungen zur Herkunft und Herstellung
Multicoloured glass from the late celtic period in Europe (3rd ... 1st century BC), investigations of provenance and production

PD Dr. Wolfgang Tröger ( troeger@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Tilman Butz, Dr. Jürgen Vogt, Dr. Dietmar Lehmann, Dr. Ursel Wagner, Prof. Dr. Friedrich E. Wagner (beide Technische Universität München), PD Dr. Rupert Gebhart (Prähistorische Staatssammlung München)

An der Leipziger Hochenergie-Ionen-Nanosonde LIPSION werden an keltischen Glasproben mit einem Ionenstrahl völlig zerstörungsfrei zweidimensionale, oberflächennahe Elementverteilungen mit PIX(G)E (Particle Induced X-ray (Gamma) Emission) im ppm-Bereich bestimmt. Zusätzlich werden mit RBS (Rutherford Backscattering) Tiefen-Elementkonzentrationsgradienten gemessen. Durch Vergleich unterschiedlicher Gläser verschiedener Provenienz werden Informationen zur Herkunft und zum Herstellungsprozeß erhalten.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung

Untersuchung der Korrosion von Ni-Elektroden mittels ¹¹¹In(EC)¹¹¹Cd-TDPAC
¹¹¹In(EC)¹¹¹Cd-TDPAC studies of the corrosion of nickel electrodes

PD Dr. Wolfgang Tröger ( troeger@physik.uni-leipzig.de ), cand. phys. Frank Heinrich, Prof. Dr. Tilman Butz

Diese Untersuchungen befassen sich mit der Korrosion von Batterieelektroden während der Lagerung. Die Elektroden bestehen dabei aus einem mit Nickel veredelten Stahl der Firma Hille & Müller. Als Methode wird die zeitdifferentielle gestörte Zn_2-2xCu_xIn_xS₂ gamma-gamma-Winkelkorrelation (TDPAC) verwendet. Damit lassen sich chemische Veränderungen der oberflächennahen Bereiche der Elektroden anhand der Abnahme der Intensität des magnetischen Signals von Nickelmetall und der Zunahme von Kernquadrupolsignalen des chemisch veränderten Nickels beobachten. Mit diesen Untersuchungen konnte die Dicke der korrodierten Schicht auf kleiner als 60 nm beginnend von der Elektrodenoberfläche bestimmt werden.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Drittmittel (Firma Hille & Müller Düsseldorf)

TDPAC-Untersuchungen an Molybdän- / Wolfram-haltigen Komplexen
TDPAC investigations of Molybdenum / Tungsten containing complexes

Prof. Dr. Tilman Butz ( butz@physik.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Sun Guida, Prof. Dr. Liu Weiqiao, PD Dr. Wolfgang Tröger

Ziel dieser Untersuchungen ist die Aufklärung der Wertigkeit und Metallkoordination in Wolfram- bzw. Molybdän-haltigen Komplexen. Diese Studien dienen als Vorbereitung für spätere Experimente an Wolfram- bzw. Molybdän-haltigen Proteinen methanogener Archaebakterien.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung

Supraleitung und Magnetismus
Superconductivity and Magnetism

Wärmeabgabe in Supraleitern, Gläsern und magnetischen Materialien bei tiefen Temperaturen
Heat Release in Superconductors, Glasses and Magnetic Materials at Low Temperatures

Prof. Dr. Pablo Esquinazi ( esquin@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Hans-Christoph Semmelhack

Untersucht wird die Wärme, die in verschiedenen Materialien durch Relaxation von angeregten Niedrig-Energie-Zuständen bzw. von ferro- bzw. antiferromagnetischer Domänen- oder durch Flussschlauchbewegung abgegeben wird. Die Untersuchung der zeit- und temperaturabhängigen Wärmeabgabe ermöglicht die Messung der Zustandsdichte sowie der Energiegrenze von Systemen, die durch Quantum-Tunneling und/oder thermisch aktivierte Prozesse relaxieren.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

Wärmetransport in Supraleitern
Thermal Transport in Superconductors

Prof. Dr. Pablo Esquinazi ( esquin@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Roberto Ocaña

Die Magnetfeld- und Temperaturabhängigkeit des Wärmetransports in schwach und stark anisotropen HTSL und in polykristallinen Supraleitern (niedrige T_c) wird untersucht. Die Messungen sollen zur Klärung der Wechselwirkung zwischen Phononen und dem Flussliniengitter, des elektronischen Beitrages zur Wärmeleitfähigkeit und des Einflusses der Polykristallinität dienen.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

Lokale und nichtlokale Untersuchungen von Flusslinienbewegungen in Supraleitern
Local and Non-Local Studies of Vortex Dynamics in Superconductors

Prof. Dr. Pablo Esquinazi ( esquin@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Falk Mrowka, Prof. Dr. Eli Zeldov (Weizmann Institut Rehovot/Israel)

Vortex Dynamics in conventional and high-temperature superconductors are investigated by novel experimental techniques. The main objectives of the project are the study of (a) the local distribution of the electrical transport current and magnetization, (b) the non-local in-plane resistance, (c) the relationship between volume pinning force and the elastic coupling of vortices.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (German-Israeli-Foundation)

Magnetische Eigenschaften von Schichtstrukturen aus Supraleitern und magnetischen Oxiden
Magnetic Properties of Structured Layers of Superconductors and Magnetic Oxides

Prof. Dr. Pablo Esquinazi ( esquin@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Roland Höhne, Dipl.-Phys. Alexey Pan, Dr. Michael Ziese

Das Projekt beinhaltet Untersuchungen der Temperatur-, Magnetfeld- und Winkel-abhängigkeit der magnetischen Eigenschaften und der Transporteigenschaften mikrostrukturierter Schichten aus herkömmlichen bzw. Hochtemperatursupraleitern und dünnen magnetischen Schichten sowie Supergittern aus nichtmetallischen Komponenten.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

Tiefsttemperaturanlage
Ultralow Temperature Facility

Dr. Reinhard König ( reinhard@btp9x5.phy.uni-bayreuth.de )

Koordination des Programms zur Durchführung wissenschaftlicher Arbeiten an den kryotechnischen Anlagen (Physikalisches Institut, Universität Bayreuth); Assistenz im Projektmanagement (TMR Large Scale Facility Project), Durchführung von Experimenten (Untersuchung kondensierter Materie bei sehr tiefen Temperaturen); Betreuung und Betrieb der kryotechnischen Anlagen; Betreuung der Gastwissenschaftler bzw. deren experimenteller Arbeiten; Planung und Vorbereitung der wissenschaftlichen Gastexperimente bzw. Fortführung der Experimente nach Beendigung des Gastaufenthaltes.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Drittmittel (EU: TMR-Programm)

Projektbezogener Wissenschaftleraustausch mit Brasilien (Projetos de Cooperação Universitária entre o Brasil e a Alemanha)
Exchange of Scientists with Brasil

Prof. Dr. Pablo Esquinazi ( esquin@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Falk Mrowka, Prof. Dr. Sergio Moehlecke (University of Campinas, Brasilien)

The aim of the cooperation is the study of superconducting properties of high-temperature superconductors by different techniques used in Leipzig and Campinas. Two main questions are addressed: (a) the shear stiffness of the flux-line-lattice, and (b) the magnetic properties of graphite.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Drittmittel (DAAD)

Projektbezogener Personenaustausch mit Spanien - Acciones Integradas Hispano-Alemanas
Exchange of Scientists with Spain

Prof. Dr. Pablo Esquinazi ( esquin@physik.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Roberto Ocaña, Prof. Dr. Sebastian Vieira (Universidad Autonoma de Madrid / Spanien)

The project is based on two different fields of condensed matter physics at low temperatures. The first part of the project is the study of the thermodynamic properties of different B₂O₃ glasses at temperatures T < 2 K. The objective of the second part is the study of the influence of the magnetic field on the thermal transport of high-temperature superconductors.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Drittmittel (DAAD)

Wechselspiel zwischen Supraleitung und Magnetismus in Graphit und in ungeordneten Metallen
Interplay between Superconductivity and Magnetism in Graphite and Disordered Metals

Prof. Dr. Pablo Esquinazi ( esquin@physik.uni-leipzig.de ), Dr. Kyoo-hyun Han, Dipl.-Phys. Heiko Kempa

Das Hauptanliegen des Projektes ist die Charakterisierung der magnetischen und der Transporteigenschaften von massivem und pulverförmigem Graphit und die Identifizierung von Bereichen in Graphit mit Eigenschaften, die denen der supraleitenden und der ferromagnetischen ähnlich sind. Des Weiteren soll wandernder Ferromagnetismus und seine Abhängigkeit von der Unordnung in Metallen untersucht werden, im Besonderen an Nb_xPt_1-x .

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)

Magnetotransport in Oxidschichtsystemen
Magnetotransport in Oxid Thin Film Systems

Prof. Dr. Pablo Esquinazi ( esquin@physik.uni-leipzig.de )

Das geplante Arbeitsprogramm beinhaltet die Erforschung der Mechanismen des spinpolarisierten elektrischen Transports durch Grenzschichten innerhalb dünner Oxidschichtsysteme. Als ferromagnetische Komponenten dieser Schichtsysteme werden wir folgende Substanzen verwenden: Fe₃O₄, M_xFe_3-xO₄ (M: Co, Ni, Mg, Ti) und La_0.7A_0.3MnO₃ (A: Ca, Sr, Ba, Pb). Diese Materialien sollen sowohl als Quelle als auch als Filter von hoch-spin-polarisierten Elektronen benutzt werden. Ziel ist es, die Wechselwirkungsmechanismen an den Grenzflächen zwischen Schichten unterschiedlicher elektrischer, magnetischer und struktureller Eigenschaften aufzuklären.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)