Institut für Experimentelle Physik II

Prof. Dr. Tilman Butz (vice)
Phone: +49 341 97 32701

Address: Linnéstr. 5,
D-04103 Leipzig, Germany 
Phone: +49 341 97 32650 
Fax:   +49 341 97 32668 

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Institute reports

The research in the Institute for Experimental Physics II is focused on the analysis of the physical processes in solids, in particular semiconductors, dielectrics, ferroelectrics, superconductors and magnetic materials. Material research is directed towards the fabrication and analysis of thin films of such materials and the fabrication and characterization of optoelectronic devices. Highly topical studies include energy-transfer processes in solids, structural phase transitions and glassy behavior of dielectric solids, superconductivity in carbon based compounds, and nanostructures such as nanocrystals, quantum wires and quantum dots. Nanostructures are studied with corresponding tools, e.g. nano-optics and LIPSION, a 3 MeV singletron accelerator, that is used also for trace element analysis in biological tissues.

The Institute has the following departments: 

FKO
Festkörperoptik und -akustik
Solid State Optics and Acoustics
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HLP
Halbleiterphysik
Semiconductor Physics
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NFP
Nukleare Festkörperphysik
Nuclear Solid State Physics
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MQF
Magnetische Resonanz komplexer Quantenfestkörper
Magnetic Resonance of Complex Quantum Solids
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SUM
Supraleitung und Magnetismus
Superconductivity and Magnetism
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FKO
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Prof. Dr. Wolfgang Grill 
Phone: +49 341 9732 680 

Das Ziel der Arbeiten im Bereich der Grundlagenforschung liegt bei der Beobachtung von Energietransferprozessen in Festkörpern, um ein besseres Verständnis der Wechselwirkung von Licht mit Festkörpern sowie der elementaren Prozesse beim Wärme- und Ladungstransport zu gewinnen. Hierfür werden vorwiegend laserspektroskopische und elektronische Meßtechniken, zum Teil bei tiefen Temperaturen und in Verbindung mit mikroskopischen Verfahren, entwickelt und eingesetzt. Die Untersuchung der Transportphänomene erfolgt in Einkristallen auch im ballistischen Bereich, in dem die Ausbreitung durch die Anisotropie der kristallinen Materialien wesentlich beeinflußt wird. 
Im Bereich der Halbleitertechnik werden die für Solartechnik, Optoelektronik und nichtlineare Optik relevanten III-V- und I-II-VI2-Verbindungen (CuInSe2, AgGaS2) mit Methoden der photoakustischen und Photoreflexions-Spektroskopie sowie der Raman- und FT-IR-Spektroskopie bezüglich der vorwiegend durch Dotierungen und Defekte verursachten Eigenschaften untersucht. Zur Materialforschung sowie zur Zellcharakterisierung in Biologie und Medizin werden auch neuartige Verfahren der Ultraschallmikroskopie mit Phasenkontrast, der Laserraster-, Nahfeld- und Kontaktmikroskopie sowie der Mikrosensorik entwickelt und eingesetzt.
Im Bereich der Lasertechnologie werden zudem Arbeiten zur Entwicklung und Anwendung des Freie-Elektronen-Lasers und abstimmbarer konventioneller Laser hoher Leistung im mittleren und fernen Infrarot durchgeführt. 

HLP
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Prof. Dr. Marius Grundmann 
Phone: +49 341 9732 650 

We focus our research on the investigation of novel photonic semiconductor materials and phenomena and the development of devices for key areas such as internet communication, data storage, displays, illumination, environmental monitoring and life sciences. These areas exhibit rapid economic growth and ample employment opportunities.

Our current research topics are: 
· Nanotechnology and self-assembling techniques
· Novel materials and devices based on atomic monolayers and zero-dimensional quantum dots 
· Novel nanostructures and nano-heterostructures 
· Novel gain materials for fiber optical communication wavelengths 
· ZnO-based materials and group-III nitirdes for the green, blue and UV spectral range 
· Intersublevel transitions for the mid-infrared spectral range 
· Interaction of active materials with dielectric structures such as microcavities 
· Device preparation and characterization (photodetectors, light emitting and laser diodes) 
· Interfacing of semiconductors and biologically active materials 
· Deposition and characterization of high temperature superconductors 
· Advanced theoretical modeling of semiconductor material and device properties

NFP
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Prof. Dr. Tilman Butz 
Phone: +49 341 97 32701 

Our division is engaged in the fields of life and material sciences with ion beam and radioactive nuclear probe techniques. The workhorse is LIPSION, a 3 MeV Singletron accelerator with a dedicated nano-probe facility which can focus proton and helium beams to diameters of 40 nm. The most important techniques, all with lateral resolutions below 1 micrometer, are: Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), Particle induced X-ray Emission (PIXE), Scanning Transmission Ion Microscopy and Tomography (STIM and STIM/T), Secondary Electron Imaging (SEI), Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) of hydrogen, Ionoluminescence (IL) and Ion Beam Induced Charge Collection (IBICC).  LIPSION is used to study the concentration and distribution of trace elements in a variety of biological tissues like ancient and recent bones, cartilage, skin, brain tissue, and fungi. A facility for the bombardment of single living cells with a precisely determined number of particles at a precisely determined target inside the cell is under construction to study the radiation-induced bystander effect. Environmental research concerns the tracing of aerosols to their sources by virtue of their elemental composition. In material sciences we focus on high-resolution analysis of thin film solar cells and optoelectronic devices in order to optimize performance and on magnetic impurities in graphite and fullerenes in order to elucidate the magnetism of such materials. 
In the life sciences, we use in addition radioactive nuclear probes to study the interaction of metals with biological macromolecules like, e.g., DNA and metallo-proteins. The structure and dynamics of metal sites are important in determining the functional efficiency of these macromolecules. In order to study the metal sites close to physiological conditions a highly sensitive spectroscopic method is required, like Time Differential Perturbed Angular Correlation (TDPAC). Here, a radioactive atom is placed at the site of interest and by correlating the emitted gamma-quanta in space and on a nanosecond time scale local structural information is obtained. This investigation allows a deeper insight into the enzymatic mercury detoxification, genetic metal switches, adaptivity and rigidity of metal sites in electron transfer proteins, and also the development of new radiopharmaceuticals in cancer therapy. 

Prof. Dr. Jürgen Haase
Phone: +49 341 97 32600 

Hauptarbeitsgebiet ist die Erforschung der Struktur und Dynamik von Festkörpern. Die Eigenschaften dielektrischer Festkörper, wie strukturelle Phasenübergänge, glasartiges Verhalten, Phänomene an den Miniaturisierungsgrenzen und Grenzflächen, werden auch unter dem Aspekt der Materialentwicklung untersucht. Hauptanliegen ist die Aufklärung der mikroskopischen Natur von Phasenübergängen in Festkörpern mit kommensurabel und inkommensurabel modulierten Strukturen,mit ferroelektrischen und ferroelastischen Phasen sowie von Phasen mit Orientierungsglasverhalten und der damit verbundenen lokalen und kollektiven Dynamik. 
Umfangreiche Erfahrungen liegen bei der Untersuchung von perowskitischer Funktionskeramik vor. 
Zielrichtung ist weiterhin die Untersuchung der elektronischen und räumlichen Struktur, der Dynamik von Molekülen in Wechselwirkung mit Oberflächen poröser Festkörper (Zeolithe) sowie Eigenschaften von Teilchen mit Nanometerdimensionen und von Nanopartikeln in Wechselwirkung mit festen Matrizen. 
Eingesetzt werden vor allem stationäre und Impulsmethoden der kernmagnetischen (NMR) und der elektronenparamagnetischen Resonanz(EPR) sowie Kern-Kern- und Elektronen-Kern-Doppelresonanzspektroskopie (ENDOR) in einem weiten Frequenz- und Temperaturbereich. Die verfügbare umfangreiche Spektrometerausstattung ermöglicht den Einsatz der hochauflösenden NMR in Festkörpern und in Grenzflächensystemen mit eingeschränkter molekularer Beweglichkeit. Außerdem stehen dielektrische Methoden zur Charakterisierung der Materialien bereit. Theoretische Arbeiten dienen dem grundlegenden Verständnis von Phasenübergängen und der Interpretation spektroskopischer Messungen. Daneben wird die Weiterentwicklung von Geräten und von Methoden der magnetischen Resonanz für dieses Forschungsgebiet betrieben. 

SUM
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Prof. Dr. Pablo Esquinazi 
Phone: +49 341 97 32751 

The Department of Superconductivity and Magnetism is engaged in the study of basic properties of various superconducting, magnetic and ferroelectric materials. At present research activity focuses on (1) the investigation of superconducting and ferromagnetic correlations in carbon-based compounds, (2) the study of flux-line pinning and dynamics in high temperature superconductors and (3) the study of spin-dependent transport phenomena in magnetic oxides as well as superconducting/ferromagnetic and ferromagnetic/ferroelectric heterostructures. 
The department is well equipped with a variety of magnetocryostat systems. In the low temperature laboratory measurements can be performed from temperatures as low as 50 mK up to temperatures of 800 K in magnetic fields of 8-11 T. We employ a range of measurement techniques such as resistivity, Hall effect, thermal conductivity, ac-susceptibility, SQUID magnetometry, µ-Hall sensor-array and the vibrating reed method. Thin oxide films, namely: the colossal magnetoresistance compound La_0.7Ca_0.3MnO₃, magnetite (Fe₃O₄), BaTiO₃ and YBa₂Cu₃O₇ are fabricated on single crystal substrates with our pulsed laser deposition facility. X-ray diffractometry is used to characterize the crystallographic structure, especially phase purity, texture, crystallite size and micro-strains, and to study phase transitions and reaction kinetics. Thermogravimetry and dynamical differential calorimetry is employed to study synthesis and phase transitions in solids in the temperature range between room temperature and 1400°C. 

Institutsordnung

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