Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Forschende entdecken im äußeren Zahnschmelz verschiedener Nagetierarten Arten ein eisenhaltiges Material, das auch menschliche Zähne widerstandsfähiger machen könnte

Rund die Hälfte der Max-Planck-Anträge auf einen ERC Advanced Grant war erfolgreich

Ein extrem schnelles Mikroskop ermöglicht ungeahnte Einblicke in die Dynamik von Elektronen in Molekülen

Die Max-Planck-Gesellschaft und die Alexander von Humboldt-Stiftung zeichnen Pablo Jarillo-Herrero, Anastassia Alexandrova und Sumit Gulwani aus

Eine neue Technik ermöglicht es, die räumliche Struktur von Polysacchariden mit einem Rastertunnelmikroskop abzubilden

Die Sonne schickt mehr Energie auf die Erde, als die Menschheit benötigt. Forschende um Bettina Lotsch, Direktorin am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, arbeiten an Materialien, die helfen sollen, dieses großzügige Angebot für viele Zwecke nutzbar zu machen – nicht nur für die Energiewende.

Darauf mussten Pianisten lange Zeit verzichten: das Tastengefühl, das ihnen Elfenbein gibt. Dieter Fischer, Sarah Parks und Jochen Mannhart, die am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart gewöhnlich quantenelektronische Phänomene erforschen, haben Abhilfe geschaffen – mit synthetischem Elfenbein. Nun will ein Start-up-Unternehmen das Material im großen Stil produzieren, und das nicht nur für Pianotasten.

Als Brillanten können sie ein betörendes Feuer versprühen, doch das reizt Jörg Wrachtrup weniger an den Edelsteinen. Der Physikprofessor an der Universität Stuttgart und Fellow am dortigen Max-Planck-Institut für Festkörperforschung arbeitet mit eher unscheinbaren Diamanten. Daraus entwickelt sein Team Sensoren, um die molekulare Maschinerie einer lebenden Zelle live zu beobachten. Von den Einblicken in die Nanowelt könnte auch die Medizin profitieren.

Die Nanoelektronik ist Verheißung und Herausforderung gleichermaßen. Denn in ihren winzigen Dimensionen zeigen Elektronen, die das Betriebsmittel elektronischer Bauteile bilden, manche exotischen Quanteneffekte. Ihr Verhalten in Nanostrukturen untersuchen die Wissenschaftler in Klaus Kerns Abteilung am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart mit extrem empfindlichen Methoden.

In kaum einen Stoff setzen Materialwissenschaftler so große Hoffnungen für die Elektronik der Zukunft wie in Graphen. Die Teams um Klaus Müllen, Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, und um Jurgen Smet, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, arbeiten daran, dass sich diese Hoffnungen erfüllen.

Druckbar, flexibel und preiswert - diese Eigenschaften versprechen Ingenieure sich von der organischen Elektronik. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung untersuchen verschiedene Materialien, aus denen sich rollbare Bildschirme oder billige Chips für Massenprodukte herstellen lassen.

Starke Wechselwirkungen zwischen Elektronen spielen eine zentrale Rolle bei der Hochtemperatur-Supraleitung von dotierten Kupraten. Die Entdeckung dieser Eigenschaft in den isostrukturellen und isoelektronischen Nickeloxiden ist bedeutsam, obwohl sie sich erst drei Jahrzehnte nach ihrer Entdeckung in Kupraten realisieren ließ. Durch den Einsatz von ab-initio Quantenchemiemethoden untersuchen wir die Unterschiede in der elektronischen Struktur dieser scheinbar ähnlichen Systeme und schließen damit Rückschlüsse auf die mikroskopischen Ursachen des Phänomens.

Historische kalkhaltige Objekte, wie z. B. antike Amphoren, sind während der Lagerung in Museen einer Vielzahl von Umwelteinflüssen über Jahrhunderte ausgesetzt. Besonders häufig treten weiße, nadelförmige Ausblühungskristalle auf kalkhaltigen Objekten auf. Dieses Phänomen ist als „Bynes Krankheit“ bekannt. Die teilweise äußerst komplexen Kristallstrukturen einiger dieser Verbindungen konnten wir anhand von Röntgen-Beugungsdaten an Pulvern entschlüsseln. Neben dem rein wissenschaftlichen Interesse konnten wir auch Beiträge zum Erhalt der kalkhaltigen Kulturgüter liefern.

Unter hohem Druck lassen sich Quantenmaterialien mit beispiellosen Eigenschaften synthetisieren. Das bei einem Druck von 12 GPa synthetisierte, im Perowskit-Typ kristallisierende Antimonat Ba_1−xK_xSbO₃ (BKSO) wird bei einer Temperatur unterhalb von T_c = 15 K (x=0,65) supraleitend. Der verwandte Perowskit Ba_1−xK_xBiO₃ (BKBO) weist sogar eine Sprungtemperatur von T_c = 30 K (x=0,40) auf. Beide Verbindungen unterscheiden sich in der Verteilung der Valenzelektronen auf die Kationen (Sb oder Bi) und die Liganden (O). In BKSO werden Hinweise auf kovalente Metall-Sauerstoff-Bindungsanteile gefunden. 

Das Hubbard-Modell ist das einfachste Modell zur Beschreibung von stark korrelierten Elektronensystemen. Dieses Modell ist jedoch nicht exakt lösbar. Eine neue numerische Perspektive, der sogenannte multi-method, multi-messenger Zugang, hat das Potential um zu neuen Erkenntnissen über die faszinierenden Hochtemperatur-Supraleiter zu führen und wurde bereits erfolgreich für bestimmte Parameterbereiche angewandt.

Poly(heptazinimid), ein chemisch robustes und vielseitig einsetzbares Kohlenstoffnitrid, verfügt über einzigartige opto-elektronische und -ionische Eigenschaften. Diese erlauben die simultane Umwandlung und Speicherung von Sonnenlicht in ein und demselben Material. Von klassischer Photokatalyse über Photokatalyse im Dunkeln bis hin zu Sonnenbatterien, lichtgetriebenen Mikroschwimmern und neuartigen Sensoren – Kohlenstoffnitride sind materialchemische Allrounder und eröffnen neue Perspektiven im Grenzgebiet zwischen solarer Energiekonversion und elektrochemischer Energiespeicherung.