Contact

PD Dr. habil. Artur Erbe
Abteilungsleiter
Scaling Phenomena
a.erbeAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2366

Prof. Dr. Sibylle Gemming
Head of VI Memriox / Group leader Materials Simulation
Non-Equilibrium Thermodynamics
s.gemmingAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2470
Fax: +49 351 260 - 12470

Bachelor, Master, Diploma, and PhD Thesis [FWIO, short]

Bachelor, Master, Diploma, and PhD Thesis [FWIO]


  • Multiferroizität in dünnen, mit 3d-Übergangsmetall-Ionen dotierten Titanat-Schichten
    (Theorie; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(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.

  • Defekte in 2D-Materialien
    (Theorie; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    2D-Materialien sind Verbindungen, die in zwei Raumrichtungen makroskopisch ausgedehnt, in der dritten Richtung aber definiert nur eine bis wenige Atomlagen dick sind. Dadurch unterscheiden sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften von 2D-Materialien signifikant von denen eines dreidimensional ausgedehnten Volumenkristalls: 2D-Materialien sind mechanisch flexibel, weisen an den Rändern eine signifikant andere Reaktivität auf als an der Oberfläche und unterscheiden sich elektronisch vom Festkörper durch Quantisierungseffekte, welche durch die Beschränkung auf wenige Atomlagen bedingt sind. Graphen, für dessen Untersuchung 2010 der Nobelpreis für Physik verliehen wurde, ist das wohl bekannteste Material. Gut studiert sind ebenfalls zweidimensionale Übergangsmetall-Schwefel-Verbindungen, die im Gegensatz zu Graphen eine wohldefinierte Reaktivität mit der Umgebung sowie eine einstellbare elektronische Bandlücke aufweisen und so für Anwendungen in der Nanoelektronik wie auch in Katalyse und Sensorik besonders attraktiv sind. Mit Hilfe numerischer Simulationen klären Sie, welche strukturellen Defekte (Dotieratome, Leerstellen, Fehlordnungen, Versetzungen) in 2D-Übergangsmetall-Schwefel-Verbindungen und den analogen Selen- und Tellur-Verbindungen stabil sind und wie sie sie auf die mechanischen und elektronischen Eigenschaften auswirken. Auch die Dekoration von Fläche oder Rand mit Molekülen als Dotanden oder Reaktanden und ihr Einfluss auf die Physiko-chemischen Eigenschaften dieser 2D-Verbindungen sollen untersucht werden.

    Defects in 2D materials
    (Theory; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    2D-Materials are compounds, which are macroscopically extended in two directions, whereas in the third one the thickness is limet to a few atomic layers. Thus, the physical and chemical properties of these materilals differ significantly from three-dimensional materials. 2D materials are mechanically flexible and show a significant different reactivity on the edges than on the surface, additionally, the electronic structure differs from solids mainly due to quantization effects, which are mainly caused by the finite thickness. Graphene is the most prominent material of this class, and the Nobel prize 2010 was awarded for groundbreaking experiments regarding it. Well investigated are the two-dimensional transition metal sulfur compounds, which in contrast to graphene present a well-defined reactivity and a controllable band gap well suited for applications in nanoelectronic,, catalysis, as well as sensor applications. By means of numerical simulation you should investigate which structural defects (doping atoms, vacancies, disorder and dislocations) are stable in 2D transition metal sulfur compounds and the corresponding Selenium and Tellurium compounds and how they influence the mechanical and electronic properties. In addition, the decoration of the edges and the surface with molecules as doping centers or reaction sites and the influence on the physical chemical properties should be investigated.

  • 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.

    Molecular Electronics
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Current transport in single molecules opens the possibility to create electronic devices on the smallest possible length scale. For these application we need an understanding of the electronic properties of the metal molecule junctions. We developed methods to contact single molecules in a controllable manner. Aim of the theses is to develop these techniques to contact ferromagnetic leads to the molecules. Such a systems allows to use the spin of the electrons as a control variable.

  • Berechnung des Transports durch Nanostrukturen
    (Theorie; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    Einzelne Nanostrukturen als Bausteine für zukünftige kleinste elektronische Funktionsstrukturen müssen besondere Anforderungen erfüllen: sie müssen ausgedehnte elektronische Zustände aufweisen, durch welche der Transport erfolgt, und über geeignete Kontaktstellen verfügen, die wohldefiniert an Elektroden anbinden und den Übergang von Ladungsträgern von und zu den Elektroden ermöglichen. Diese Voraussetzungen wie auch die Robustheit gegenüber chemischen und thermischen Umgebungseinflüssen unter Arbeitsbedingungen erlegen der Auswahl geeigneter Strukturen Randbedingungen auf, die im vorliegenden Projekt untersucht werden sollen. In enger Zusammenarbeit mit experimentellen Arbeiten zu Molekülen im mechanisch kontrollierten Bruchkontakt sowie an nanostrukturierten Materialien führen Sie numerische Simulationsrechnungen zu Stabilität und Transportverhalten durch, aus denen Sie allgemeinere Gesetzmäßigkeiten zu Zusammensetzung, Struktur und Größe geeigneter Nanostrukturen ableiten.

    Calculation of electronic transport in nanostructures
    (theory; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    Single nanostructures have to fulfill certain conditions to allow for application as functional devices: electronic states which carry the current and contact positions for electrode coupling have to be provided. These prerequisites and their robustness against chemical and environmental effects should be investigated. Numerical simulations of stability and transport properties should point to composition, structure and size of appropriate nano-structures. A strong collaboration with experiments at molecules in mechanically-controllable break-junctions and at nano-structured materials is expected.

  • 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.