Departments of the Institute of Ion Beam Physics and Materials Research

Die Abtei­lung Ionen­strahl­zentrum befasst sich mit der Modifikation und Analyse von Festkörperoberflächen ­mittels Ionen­strahlen in einem weiten Energiebereich von einigen eV bis 60 MeV. Dabei werden neben ganzflächigen Bestrah­lungen auch fokussierte und hochgeladene Ionen­strahlen zur lokalen Modifikation von Oberflächen genutzt. Zur umfassenden Material­charakterisie­rung werden neben der Ionen­strahlanalytik auch Elek­tronen­mikro­skopie (TEM, REM, Cross-Beam-Anlage) sowie röntgenbasierte Analysetechniken zur Strukturaufklä­rung eingesetzt.
Als Nutzereinrich­tung steht das Ionen­strahl­zentrum (IBC) nationalen und internationalen Partnern für die wissen­schaftliche For­schung und in Zusammenarbeit mit der HZDR Innovation GmbH als Serviceeinrich­tung für die Industrie zur Verfü­gung.

Die Abtei­lung befasst sich mit der Herstel­lung, Charakterisie­rung und Modellie­rung von Nano­struk­turen und nano­struk­turierten Komposit­materialien. Lithografische Methoden, ionen­gestützte Verfahren und nanometrologische Techniken werden angewandt und weiterentwickelt. Eine Modellie­rung auf ­verschiedenen Skalen liefert ein ­vertieftes Verständnis der Wechselwirkungen auf der Nanoskala.

Die Abtei­lung Beschleuniger-Massen­spek­tro­metrie und Isotopen­for­schung betreibt interdisziplinäre For­schung in einem weiten Anwendungs­bereich von Nuklearer Astrophysik über Umwelt­for­schung bis zu Biomedizin unter Ausnutzung natürlicher und anthropogener Fingerabdrücke von seltenen Isotopen und Spurenelementen. Dar­über hinaus wird die technologische Nutzbarmachung neuer Isotope für die Beschleuniger-Massen­spek­tro­metrie ­verfolgt.

Die Abtei­lung Spektroskopie beschäftigt sich mit der optischen Untersuchung neuartiger Material­ien im Sichtbaren, Infrarot- und Terahertz-Bereich zur Er­for­schung der Ladungs­trägerdynamik auf einer Femto- bzw. Pikosekunden-Zeitskala. Bei den untersuchten Material­ien handelt es sich insbesondere um niedrigdimensionale Halbleiter­struk­turen: Quantenfilme, Hetero­struk­turen, Übergitter, Quantenpunkte und -drähte, Graphen und andere zweidimensionale Halblei­ter (Übergangsmetalldichalkogenid-Monolagen) sowie topologische Isolatoren.

Die Abtei­lung Magnetismus befasst sich mit den Themengebieten Nanomagnetismus und Magnonik, Spin(orbi)tronik, Grenzflächen­magne­tismus, intelligenten Werkstoffen und magnetischen Funktions­materialien. In den genannten Gebieten wird sowohl ­grund­lagenphysikalische als auch anwendungs­relevante For­schung betrieben.

Die Abtei­lung beschäftigt sich mit der Synthese und Modifikation von Halbleiter­materialien ­mittels Ionen­implantation, Blitzlampenaushei­lung und gepuls­ter Laseraushei­lung für die Mikroelek­tronik, die Optoelek­tronik und Quanten­techno­logien.

Die Hauptaktivitäten der Gruppe konzentrieren sich auf die Entwick­lung der Magnetoelek­tronik, die bei Bedarf nach der Herstel­lung umgeformt werden kann. Diese formbaren (flexiblen, dehnbaren und druckbaren) Magnetsensoren können ­verwendet werden, um interaktive Unterhal­tungs­elek­tronik, z.B.: Intelligente Verpackungen, Postkarten oder Werbe­materialien im Sinne der Internet of Things (IoT) –Techno­logie zu realisieren. Alternativ können formbare magnetosensitive Vorrich­tungen ­verwendet werden, um Verschie­bungen oder Bewe­gungen zu überwachen und bei Bedarf Rückmeldung zu geben, z.B.: für smarte Implantate, Nähe­rungs­sensoren für die Haut, tragbare Elek­tronik oder zur Realisie­rung von sensorischen Rückkopp­lungs­systeme für eine einzigartige Klasse von weichen Aktoren (soft robotics).

Die For­schung der Gruppe konzentriert sich auf die Wechselwirkung von Quantensystemen mit optischen, elek­tronischen, magnetischen und mechanischen Anre­gungen in Nano­struk­turen. Atomare Qubits werden mit Hilfe von Ionen­strahl­techno­logien erzeugt, und ihre kohärente Kontrolle wird mit ­verschiedenen ­spek­tro­skopischen Methoden mit zeitlicher und räumlicher Auflö­sung durchgeführt. Ziel ist es, von der Grund­lagen­for­schung zu praktischen Anwendungen in den Bereichen Quantensensorik, -kommunikation und -compu­ter zu gelangen.