Contact

Prof. Dr. Jürgen Faßbender
Director Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
j.fassbenderAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 3096
Fax: +49 351 260 - 3285

Prof. Dr. Manfred Helm
Director Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
m.helmAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2260
Fax: +49 351 260 - 3285

The International Helmholtz Research School NanoNet is a structured doctoral program promoting the education of the next generation of scientists in molecular electronics. The program is an initiative of the HZDR in a joint collaboration with the TU Dresden, Leibniz Institute of Polymer Research Dresden, Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems, and NaMLab gGmbH.

Bachelor, Master, Diploma, and PhD Theses

The following list is a guide to current topics available at the Institute of Ion Beam Physics and Materials Research for bachelor, master, diploma, or PhD theses. The individual work plan will be adapted to the corresponding examination regulations, e.g. such that a PhD thesis can be finished within three years, respectively one year for a master/diploma thesis.
The theses will be academically supervised by the directors of the institute Prof. Manfred Helm or Prof. Jürgen Fassbender at the Technischen Universität Dresden. It is possible to co-supervise theses from other universities of applied sciences (Fachhochschulen) etc. if realized at the institute.
Concerning PhD theses the same topics like for master- or diploma theses apply, however funds must be available. Please contact one of the directors in case you are interested. Further information concerning allowances for master/diploma theses or salary for PhD positions will be given by the directors of the institute (M.Helm@hzdr.de, Tel. 260 2260; J.Fassbender@hzdr.de, Tel. 260 3096).

For questions regarding the topic please ask the individual contact persons listed.


Open PhD positions:

Right now, there are the following PhD positions available:

  • Relaxation dynamics in graphene
    Tasks: In a DFG project in the framework of a priority program the relaxation dynamics in graphene (also in magnetic fields) will be investigated in the mid-infrared and terahertz range
    Contact: Dr. Stephan Winnerl for further information or click here.
    Qualification: The ideal candidate would have experience in at least one of the following fields:
    • physics of low-dimensional solid state systems,
    • ultrafast spectroscopy,
    • infrared spectroscopy.

Topics for Bachelor-, Master-, and Diploma Theses:

Ion Beam Center
Magnetism
Skaling Phenomena
Spectroscopy
Semiconductor Materials
Structural Materials


Ion Beam Center

  • Ionenstrahlanalytik
    (experimentell, 2 - 36 Monate)

    Zur Unterstützung unserer aktuellen Neu- und Weiterentwicklungen auf dem Gebiet der Ionenstrahlanalytik suchen wir Studentinnen und Studenten, die ihre Bachelor-, Master-, Diplom- oder Doktorarbeit (2 - 36 Monate) u.a. in den Fachgebieten Physik, Chemie, Elektrotechnik, Informatik, Materialwissenschaften und Maschinenbau durchführen wollen und insbesondere Interesse an experimenteller Arbeit haben.

    Nähere Informationen mit welchen Themen wir uns zur Zeit beschäftigen finden Sie hier.

  • Selbstorganisation durch Ionenbeschuss
    (experimentell und theoretisch)

    Beschießt man Oberflächen mit niederenergetischen Ionen, so entstehen unter bestimmten Bedingungen regelmäßige Wellen- oder Punktstrukturen mit einer Periodizität von einigen zehn Nanometern. Die Entstehung dieser Strukturen basiert auf dem Zusammenspiel von krümmungsabhängiger Erosionsrate, welche die Oberfläche aufraut, und Glättung der Oberfläche durch Diffusion. Viele Aspekte dieses Selbstorganisationsprozesses sind noch nicht geklärt und sollen im Vergleich zwischen Experiment und theoretischer Modellierung erkundet werden. Gefragt sind experimentelles Geschick und Erfahrung in mathematischer Modellierung, z.B. mit Matlab.

    Kontakt: Dr. Stefan Facsko, Ioneninduzierte Nanostrukturen

  • Energieeintrag von hochgeladenen Ionen in Oberflächen
    (experimentell)

    Die Wechselwirkung von vielfach ionisierten Atomen mit Oberflächen ist eine sehr neue und vielversprechende Forschungsrichtung. Die hohe Potentialenergie dieser Ionen wird in eine sehr dünne Oberflächenschicht eingetragen, so dass neue Anwendungen für die Oberflächentechnik oder die Halbleitertechnologie denkbar werden. Die Arbeit erfordert Phantasie und Geschick im Experimentellen und nur wenig Theorie.

    Kontakt: Dr. Stefan FacskoIoneninduzierte Nanostrukturen


Magnetism Division

  • Ferromagnetische Resonanz einzelner Nanostrukturen mittels Mikroresonator-FMR
    (experimentell)
    Magnetische Nanostrukturen bilden die Grundbausteine für viele neuartige Anwendungsgebiete. Die Charakterisierung dieser Elemente z. B. mittels ferromagnetischer Resonanz ist aufgrund der kleinen Signale jedoch sehr diffizil. Lithographisch hergestellte Mikroresonatoren ermöglichen dennoch die Messung solcher Signale. Ziel dieser Arbeit ist die Herstellung der Resonatoren und Nanostrukturen mittels Elektronenstrahllithographie um, so die magnetischen Eigenschaften dieser Strukturen mittels ferromagnetischer Resonanz zu untersuchen.
    Kontakt:
    Dr. Kilian Lenz, AG Magnetisierungsdynamik

  • Magnonische Kristalle, hybride magnetische Materialien
    (experimentell)
    Als magnonische Kristalle werden künstlich hergestellte, magnetische Nanostrukturen bezeichnet. Diese Nanostrukturen werden mittels Elektronenstrahl-Lithographie hergestellt. Magnonische Kristalle weisen im Gegensatz zu normalen dünnen magnetischen Schichten neuartige und unerwartete Eigenschaften auf, die hier mittels modernster ferromagnetischer Resonanz (FMR) genau untersucht werden sollen. Das Hauptaugenmerk liegt vor allem auf den unterschiedlichen Beiträgen zur magnetischen Dämpfung der Spinbewegung (Relaxation). Durch Analyse der FMR-Linienbreite können diese identifiziert und aufgeschlüsselt werden, um sie mit gängigen Modellen und Theorien zu vergleichen.
    Kontakt: Dr. Kilian Lenz, Dr. Kay Potzger, AG Magnetisierungsdynamik

  • Magnetisierungsdynamik in Nanostrukturen
    (experimentell)
    Ziel der Diplomarbeit ist die Herstellung (Elektronen­strahl­lithografie) gekoppelter magnetischer Nanostrukturen sowie die Charakterisierung ihrer dynamischen Eigenschaften mittels zeitaufgelöster magnetischer Raster-Transmissions-Röntgenmikroskopie (in Zusammenarbeit mit dem Elektronensynchrotron des Paul-Scherrer Institut/Villigen/Schweiz). Über mikromagnetische Simulationen sollen die Messergebnisse mit der Theorie verglichen werden.
    Kontakt: Prof. Dr. Jürgen Fassbender, AG Magnetisierungsdynamik

  • Strukturelle und magnetische Eigenschaften von Materialien für die Energiewende
    (experimentell)
    Die Energiewende erfordert in vielen Bereichen neue Materialien und deren detaillierte Charakterisierung. In dieser Master/Diplomarbeit sollen für die Energiewende relevante Metallverbindungen bezüglich defektinduzierter strukturellen und magnetischer Eigenschaften hin untersucht werden. Schwerpunkte bei diesen grundlegenden Analysen sind die Korrosion als auch die Wasserstoffaufnahme.
    Kontakt: Dr. Kay Potzger
  • Wechselwirkung von Spinwellen mit Spinströmen
    (experimentell)
    Die Nutzung des Spinfreiheitsgrades von Elektronen und dessen kohärenter Transport ist ein zentraler Forschungsschwerpunkt moderner Festkörperphysik. Spinwellen, auch als Magnonen bezeichnet, sind die Anregungsquanten eines Ferromagneten und können über diverse Effekte mit Spinströmen, d.h. spinpolarisierten Elektronen, wechselwirken. Diese Wechselwirkung wird in einer Bachelor- bzw. Masterarbeit mit Hilfe magneto-optischer Methoden wie z. B. zeitaufgelöster Kerr-Mikroskopie und Brillouin-Lichtstreu-Mikroskopie charakterisiert.
    Kontakt: Dr. Helmut Schultheiss

  • Magneto-Plasmonik
    (experimentell)
    Plasmonen sind elektromagnetische Wellen, die entlang einer Metall-Dielektrikum Grenzfläche propagieren. Magnonen sind die fundamentalen Anregungen in magnetischen Materialien, die sich in Form von Wellen ausbreiten. Sowohl Plasmonen also auch Magnonen sind nicht nur von grundlagen-physikalischem Interesse, sondern auch potentielle Kandidaten fü̈r die Realisierung zukünftiger Informationstechnologien, die über die Elektronik hinausgehen. In einer Bachelor- bzw. Masterarbeit werden diese Forschungsfelder mithilfe magneto-optischer Effekte kombiniert und somit ein Beitrag zum Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Wechselwirkungen und hin zur technischen Nutzung geliefert.
    Kontakt: Dr. Helmut Schultheiss

  • Spin-torque-Elemente für Hochfrequenzoszillatoren
    (experimentell)
    Spin-transfer kann sowohl zu einem Umschalten als auch zu einer stationären Präzession der Magnetisierung führen. Mögliche Anwendungen dieser Phänomene sind magnetoresistive Speicher mit wahlfreiem Zugriff (MRAM) oder neuartige Bauelemente mit Relevanz für die mobile Telekommunikation – wie z.B. nanometer-große, im Mikrowellenfrequenzbereich abstimmbare Quellen, Resonatoren, Transmitter, Empfänger, Signalmischer, Signalverstärker usw. Eine neuartige spin-transfer-basierte Technik für die Charakterisierung von nanometer-großen ferromagnetischen Proben mittels ferromagnetischer Resonanz wurde bereits demonstriert. Die Studie wird sich auf die Möglichkeit konzentrieren, eine neue Klasse von Präzessionsorbits aus der Ebene der Schichten heraus zu generieren, die bessere Ausgangsleistung und Frequenzabstimmbarkeit bieten, speziell durch die Nutzung von magnetischen Schichten mit senkrechter Anisotropie. Die sich ergebende Dynamik wird sowohl mit Hilfe von Gleichstrom-angeregten Präzessions-experimenten als auch mit spin-transfer-angeregter ferromagnetischer Resonanz untersucht.
    Kontakt: Dr. Alina Deac


Division of Scaling Phenomena

  • Multiferroizität in dünnen, mit 3d-Übergangsmetall-Ionen dotierten Titanat-Schichten
    (Theorie/Experiment; Prof. Dr. S. Gemming/Dr. H. Schmidt, T. 0351/260 2470, s.gemmig(at)hzdr.de)
    Multiferroische Materialien sind Verbindungen, die zwei oder mehrere Ordnungsphänomene wie Ferromagnetismus, Ferroelektritzität oder Ferroelastizität aufweisen und damit über ein weitreichendes Anwendungsspektrum als Sensor, Aktuator oder Schaltelement verfügen. Übergangsmetalldotierte Titanat-Schichten sind gute Kandidaten für Multiferroika, da sich in ihnen die ferroelektrische Eigenschaft der Titanate mit dem Magnetismus des Dotieratoms kombinieren lässt. Darüber hinaus hängen die ferroelektrischen und magnetischen Eigenschaften von Titanat-Schichten sensitiv von deren chemischen Zusammensetzung und Gitterfehlanpassung zum Substratmaterial ab. Die Manipulation der magnetischen Momente der 3d-Übergangsmetall-Ionen durch Anlegen eines elektrischen Feldes in multiferroischen Titanat-Schichten verspricht neue Anwendungen zur schnellen, strom- und damit leistungsarmen Datenspeicherung und -verarbeitung. Ziel der Diplomarbeit ist die Herstellung von mit 3d-Übergangsmetall-Ionen dotierten Titanat-Schichten auf verschiedenen Substraten, die Charakterisierung der ferroelektrischen und magnetischen Eigenschaften sowie die Berechnung der Polarisationsladung und des magnetischen Momentes in Abhängigkeit von Zusammensetzung und Gitterfehlanpassung mit Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen.

  • Charakterisierung nanomechanischer Resonatoren
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Nanomechanische Resonatoren bieten breite Anwendungsmöglichkeiten als Sensoren und sind auch für die Grundlagenforschung interessant, weil mit ihnen quantenmechanische mechanische Bewegung untersucht werden kann. Für beide Bereiche ist es allerdings notwendig, dass die mechanische Bewegung nicht zu stark gedämpft wird. Ursachen für Dämpfungsmechanismen auf der Nanometerskala sind noch weitgehend unbekannt. Ziel der Diplomarbeit ist es das Dämpfungsverhalten nanomechanischer Resonatoren durch systematische Variation von Größe der Resonatoren und Art der Umgebungsbedingungen zu untersuchen.

  • Molekulare Elektronik
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Stromtransport durch einzelne Moleküle eröffnet die Möglichkeit elektronische Bauelemente auf kleinstmöglichen Längenskalen zu produzieren. Für solche Anwendungen müssen die elektronischen Eigenschaften von Metall-Molekül Kontakten verstanden werden. Wir haben Techniken entwickelt, die die kontrollierte Kontaktierung einzelner Moleküle erlauben. Ziel der Diplomarbeit ist es, diese Techniken so zu erweitern, dass ferromagnetische Zuleitungen an die Moleküle angekoppelt werden können. In einem solchen System kann der Spin der Elektronen zur Steuerung der elektronischen Eigenschaften ausgenutzt werden.

  • Stromtransport durch einzelne Moleküle mit mechanisch kontrollierbaren Bruchkontakten
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Einzelne Moleküle sollen als Bausteine für zukünftige Nanoelektronik genutzt werden. Um in einem ersten Schritt die elektronischen Eigenschaften der Moleküle zu untersuchen, müssen die Moleküle reproduzierbar kontaktiert werden und der Stromtransport durch die entstehenden Strukturen gemessen werden. Zu diesem Zweck wird die Methode der mechanisch kontrollierbaren Bruchkontakte angewandt. In dieser Methode wird ein metallischer Draht gezogen, bis er so dünn ist, dass nur noch ein einzelnes Atom an der Stromleitung teilnimmt. Weiteres Auseinanderziehen des Drahtes führt zu einem Tunnelkontakt zwischen zwei einzelnen Atomen, in den dann die Moleküle eingebunden werden können. Dieser Aufbau erlaubt die elektrische Charakterisierung einzelner Moleküle unter verschiedenen Umgebungsbedingungen.

  • Aktive Schwimmer in kolloidalen Suspensionen
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Kolloidale Teilchen können als Modellsysteme für Vorgänge auf der Mikro- und Nanometerskala verwendet werden. Teilchen, die halbseitig mit einer metallischen Kappe versehen sind, lassen sich durch katalytische Reaktionen in Bewegung versetzen. Diese Bewegung erinnert dann stark an die Bewegung von Bakterien. Studien in eingeschränkten Geometrien erlauben dann einen Einblick, wie sich Organismen zum Beispiel in Arterien fortbewegen.


Spectroscopy Division

  • Entwicklung schneller Graphen-basierter Detektoren

    (experimentell)

    Graphen besteht aus einer Monolage von hexagonal angeordneten Kohlenstoffatomen. Dieses erst 2004 entdeckte Material ist ein äußert spannendes Forschungsobjekt, das eine Vielzahl von verblüffenden physikalischen Eigenschaften zeigt. Die wichtigste optische Eigenschaft von Graphen ist die sogenannte universelle Absorption. Eine Graphenschicht absorbiert ca. 2.3 % der einfallenden Strahlung in einem weiten Spektralbereich vom Terahertz-Bereich bis in den UV-Bereich. Bisher haben wir schnelle Graphen-basierte Detektoren für den Terahertz- und mittleren Infrarot-Bereich entwickelt. Ziel der Bachelor- oder Master-Arbeit ist es den Spektralbereich dieser Detektoren zur kurzwelligen Seite hin zu erweitern. Hierfür sollen verschiedene Substrate getestet werden und die Detektoren dann mit verschiedenen Kurzpulslasern charakterisiert werden.
    Kontakt: Dr. Stephan Winnerl

  • Plasmonische Effekte an Graphen-Nanoribbons

    (experimentell)

    Plasmonen ermöglichen die Konzentrierung elektromagnetischer Felder in räumlichen Bereichen kleiner als die Wellenlänge. Graphen, ein neues Material bestehend aus einer Monolage von hexagonal angeordneten Kohlenstoffatomen, eignet sich besonders gut für plasmonische Anwendungen im Infrarotbereich. Zu diesem Zweck müssen Graphenschichten in nanoskalige Streifen, sogenannte Graphen-Nanoribbons strukturiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Graphen-Nanoribbons hergestellt werden und mittels Infrarotspektroskopie optisch charakterisiert werden. Anschließend sollen die besten Proben mittels Infrarot-Nahfeldmikroskopie untersucht werden. Diese Technik ermöglicht es, die räumliche Struktur der Plasmonen direkt sichtbar zu machen.
    Kontakt: Dr. Stephan Winnerl

  • Growth and properties of III-V semiconductor nanowires
    (experimental)
    III-V compound semiconductors are a class of materials with outstanding electronic and optoelectronic properties (high electron mobility, wide range of direct energy band gaps, etc.). High-speed transistors, efficient light emitting diodes, and solid-state lasers are only some of the devices widely used in our everyday lives, e.g. in smart phones, blu-ray technology, wireless local-area networks, LED displays, etc. In the era of nanotechnology, we focus our research on new physical phenomena that occur in III-V nanostructures. Such phenomena may enhance the performance of the aforementioned devices or open ways to novel device architectures. Students interested in conducting research / pursuing a master thesis in our laboratory would be involved with one or more of the following topics:
    • growth of III-As (arsenide) nanowires and thin films by molecular beam epitaxy
    • investigation of their structural, electrical, and optical properties using x-ray diffraction, Hall-effect, photoluminescence, etc.
    • investigation of the growth mechanisms using in-situ reflectometry
    Contact: Dr. Emmanouil Dimakis


Division for Semiconductor Materials

  • Characterization of Bi2Se3 topological insulator films

    (experimental)

    Topological insulators are a new class of exciting materials with fascinating physics and a large application potential. A series of Bi2Se3 thin films have been prepared by molecular beam epitaxy. Your task will be to characterize their  electrical and optical properties. This includes temperature dependent Hall measurements to determine carrier concentration and mobility, as well as optical absorption measurements by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. In addition, we would like to modify the films by ion beam doping, which will allow us to shift the Fermi energy and thus modify the properties. This work will be done together with our young-investigator group leader Dr. Shengqiang Zhou.

    Contact: Prof. Dr. Manfred Helm, Dr. Shengqiang Zhou
  • Blitzlampentemperung: Temperaturmessung und Materialcharakterisierung

    (experimentell)

    Die Blitzlampenremperung (FLA) ist ein modernes Verfahrung zur thermischen Behandlung von Materialsystemen, insb. in der Mikroelektronik und Photovoltaik, das unerwünschte Prozesse wie Diffusion unterdrückt und auch für temperatursensible Substrate geeignet ist. Ein kritischer Punkt ist jedoch die Kenntnis der tatsächlichen Oberflächentemperatur, die im Verlauf weniger Millisekunden stark variiert und von den Materialeigenschaften der Probe abhängt, insb. von Geometrie, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und optischer Absorption. Im Rahmen der Master- oder Diplomarbeit soll an einer FLA Anlage eine pyrometrische, zeitaufgelöste Temperaturmessung aufgebaut und an verschiedenen Substratklassen getestet werden. Die Arbeit beinhaltet neben Aufbau und Kalibrierung die Charakterisierung der thermisch behandelten Substrate, z.B. bzgl. des Schichtwiderstandes oder der Kristallisation amorpher Schichten. Die Arbeit kann durch eine Modellierung mittels geeigneter Simulationswerkzeuge (FlexPDE, COMSOL) ergänzt werden.

    Kontakt: Dr. Lars Rebohle


Division for Structural Materials


Contact

Prof. Dr. Jürgen Faßbender
Director Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
j.fassbenderAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 3096
Fax: +49 351 260 - 3285

Prof. Dr. Manfred Helm
Director Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
m.helmAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2260
Fax: +49 351 260 - 3285


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