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Location: ArbeitsgruppenJooss


Nanoskalige multifunktionale Oxide

Material- und Grenzflächendesign für Datenspeicherung und erneuerbare Energiewandlung
Prof. Dr. Christian Jooss





Komplexe Übergangsmetall-Oxide zeigen eine große Reichhaltigkeit von Eigenschaften, wie Magnetismus, Hochtemperatursupraleitung, Isolator-Metall-Übergänge und optische Eigenschaften, die noch wenig verstanden sind. Sie beruhen empfindlich auf Korrelationen zwischen elektronischen Zuständen und der Gitter- sowie Defektstruktur.

Nanostrukturen und Grenzflächen in diesen Materialien ermöglichen dabei neuartige Funktionalitäten für elektronische Datenspeicherung und in der Energiewandlung. Wir untersuchen neue Mechanismen der Photovoltaik an Grenzflächen mittels Polaronen und optisch induzierter Phasenübergänge in stark korrelierten Systemen. Die Änderung der atomaren und elektronischen Struktur von Oxid Elektroden in einem hochdynamischen Nichtgleichgewichtszustand während der elektrokatalytischen Wasserspaltung zu untersuchen, erlaubt uns ein vertieftes Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen und langfristig die Entwicklung besserer Katalysatoren. Elektrochemische Umverteilungsprozesse von Leerstellen in Oxiden unter elektrischer Stimulation können auch zu neuen Ansätzen in der Datenspeicherung nach dem Vorbild von Neuronen führen. Wir untersuchen darüber hinaus auch den thermischen Transport in nanostrukturierten Oxiden, die ein großes Potential für die thermoelektrische Energiewandlung besitzen.


Abbildung: Beispiele für Grenzenflächen komplexer Oxide sichtbar gemacht mittels hochauflösender Transmissions-Elektronenmikroskopie

Folgende grundlegende Fragestellungen verfolgen wir in unserer Arbeitsgruppe:

Experimentelle Methode:


Zur Beantwortung dieser Fragen werden unter anderen neue Verfahren der in-situ Charakterisierung in Elektronenmikroskopen von der Nano- bis zur atomaren Skala entwickelt. Sie beinhalten elektrische, optische, thermische und chemische Stimulation u.a. in einem Environmental Transmissions-Elektronenmikroskop. Diese Verfahren erlauben die Untersuchung komplexer Materialien auf kleinsten Längen und verschiedenen Zeiten unter realen Bedingungen im Nichtgleichgewicht und mit externen Stimuli. Diese Fähigkeiten sind eine grundlegende Vorrausetzung für die Weiterentwicklung bisher bewährter Ansätze der Materialphysik in Methode und Theorie.
Abbildung:Elektrische Messung einer Metall-Oxid Heterostruktur in einem Transmissions-Elektronenmikroskop mittels einer piezokontrollierten Nanospitze.




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