轻量化 | 德累斯顿莱布尼茨固态和材料研究所调研报告

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更新时间 : 2023-05-09 00:27:26
轻量化|德累斯顿莱布尼茨固态和材料研究所调研报告

背景    

         中国(德国)研发创新联盟自成立以来,一直努力促进中德两国科技创新交流与合作。在迎来中德两国建交50周年和联盟轻量化专委会成立之际,联盟正式推出《联盟调研》。《联盟调研》通过系统地介绍德国国家科学与工程院(acatech)、马克斯•普朗克学会(MPG)、亥姆霍兹国家研究中心联合会(HGF)、弗劳恩霍夫应用研究促进协会(FhG)和莱布尼茨科学联合会(WGL)五大骨干德国国家科研机构,了解德国创新思维、创新理念、创新技术、创新团队和创新成果,更进一步推进中德两国的科技创新合作。

德累斯顿莱布尼茨固态和材料研究所概览

       德累斯顿莱布尼茨固态与材料研究所(IFW)成立于1992年1月1日,前身是东德最大的材料科学中心。关注现代材料科学,探索可能适用于新功能和设备的材料的物理和化学性质,将物理、化学和材料科学的探索性研究与新材料和新产品的技术开发相结合,涉及多个学科:实验物理学、理论固态物理学、化学、材料研究和电气工程。研究重点为新兴电子技术研究、复杂材料研究、金属材料研究。

       IFW拥有约500名员工,其中大多数是物理学家、化学家或工程师。此外,约有80名科学家作为奖学金获得者和嘉宾在IFW工作。

 

研究部门动态      

1.理论固体物理研究所

(1)理论固体物理学

       Dmitrii Cherniavskii带领的团队研究工作主要集中在机器学习在材料学科中的应用。同时,该团队也研究凝聚态和高能物理学交叉领域的问题。例如,黑洞的模拟及其在凝聚态系统中的特性。

       Flavio de Souza Nogueira的团队研究方向有三大块,分别为:凝聚态物理的量子场论;量子临界现象;约瑟夫森效应

       Jorge Facio的团队研究量子物质理论:研究电子结构,特别是它的电子特性;研究异常霍尔效应、能斯特效应和非线性异常霍尔效应;研究强相关材料:LDA或GGA之外的电子相关方法。

       Satoshi Nishimoto团队致力于低维强关联电子系统的理论研究:受挫磁体中的量子现象;非常规超导;精确对角化和密度矩阵重整化群法。

       Kostiantyn Yershov的团队研究曲线微磁学,即:曲线纳米磁体中拓扑孤子(畴壁和斯格明子)的动力学;磁致弹性系统的磁化诱导变形;微磁模拟。

(2)数值固体物理与模拟

       Olexiy Bogdanov的团队研究磁性结构(skyrmions)和微观结构。

       Klaus Koepernik的团队探究密度泛函理论和电子结构理论:电子结构理论数值方法的发展(FPLO代码,Wannier模型);物质的拓扑性质;固态化合物的DFT计算(ARPES光谱、dHvA光谱、磁性等)。

       Ulrike Nitzsche的团队主要工作则是设计、实现和维护基于 Linux的高性能集群:关于linux的支持(操作系统和shell级别);支持编译器问题和并行编码;支持FPLO代码安装和FPLO参考计算;许可管理(Intel 编译器套件、Mathematica、NAG)。

       Rajyavardhan Ray的团队研究相关和自旋轨道耦合材料的电子结构理论:电子、光学和磁学特性(体系统和分子);自旋轨道驱动材料(如虹膜和Kitaev磁体)的电子特性;用于稀土磁体的晶体场;磁系统的经典蒙特卡罗模拟。

       Manuel Richter的团队研究电子结构理论的应用与发展:磁系统(簇、表面和界面、体积);光子和电子光谱学模拟,超精细相互作用;相稳定性和转变,压力和磁场的影响;相对论对电子结构的影响。

       Ulrich Rößler的团队研究计算材料物理学:相变的连续统理论(Landau-Ginzburg 泛函);磁性结构(skyrmions)和微观结构;磁性材料的DFT模拟。

(3)量子化学

       量子化学团队使用基于从头算波函数的方法来了解材料的电子结构和各种特性。重点关注过渡金属和最近的4f化合物,电子关联、自旋轨道耦合和结构效应的相互作用。通过在越来越复杂的水平上进行计算(Hartree-Fock、多配置自洽场、多参考配置交互等),不同类型的相关效应(dd相关、配体到金属电荷转移-类型相关等) 在特定的材料特性上可以透明地解开。

(4)物质的拓扑状态

       该团队从理论上研究拓扑系统的性质并探索新型拓扑相(如图所示)。这些包括拓扑绝缘体和超导体,但也包括无间隙系统,例如 Weyl 半金属。其次,他们的另一个重点是确定拓扑相对扰动(例如无序)的稳定性,以及研究它们的动力学特性。

(5)相关材料的计算方法

       该团队使用各种数值方法研究晶体材料的电子和磁性。他们的主要研究材料为:量子和受挫磁体、相关过渡金属氧化物、氧化物异质结构。从密度泛函理论 (DFT) 能带结构计算开始,基于多体方法进行了详细的微观分析。这些研究与DFT+U和混合函数计算、自旋模型模拟,或 DFT 加动态平均场理论 (DFT+DMFT) 处理有关。其结果可以直接与实验光电发射(PES、ARPES)、热力学(磁化率、比热、磁化强度)、光谱(ESR、NMR)和中子散射(衍射、INS)数据进行比较。此外,他们还开发了一个基础设施,以促进对包含数值和实验数据的数据集进行机器学习。
 

2.新兴电子技术研究所

(1)光子学

①固态量子光子学组

       固态量子光子学 (SSQP) 小组是制造基于砷化镓 (GaAs) 量子点的量子光源的世界领先者之一。具体来说,该小组专注于高质量的纠缠光子对源——从晶圆生长到器件制造再到量子光学研究。该小组擅长制造嵌入纳米膜的量子点,它允许将量子点精确放置到任何平面上,并能够创建高产半导体量子光源。

       目前的研究包括在德国联邦教育和研究部(BMBF)的QR.X项目框架下,通过将IFW拥有的纠缠光子源与基于金刚石的量子存储器和电信波长远程传输相结合,实现量子中继器段。SSQP是QR.X联盟的成员,并为拓扑和复杂量子物质的ct.qmat卓越集群做出贡献。

②纳米膜与拓扑光子学组

       该小组专注于设计和制造基于纳米膜的光子结构,例如用于基础研究和应用研究的光学微腔和光子晶格。研究重点有:腔光子学、非厄米和拓扑光子学、光学耦合系统、光等离子体、光学传感、光子集成。

(2)磁体学

①磁显微镜和薄膜器件组

       该小组主要通过先进的定量磁力显微镜技术解决纳米级磁性微结构和复杂磁性纹理的细节。当前的重点在于潜在的存储器或传感器设备中的场或电流驱动的畴壁运动,以及探索用于定制各向异性和域配置的自组装卷起技术。

②自旋电子传输与器件组

       该小组使用原子层沉积和(磁控管)溅射等沉积技术来制备薄膜异质结构。此外,他们利用聚焦离子束切割从合作者提供的单晶散装材料中获得微观结构。

       该小组主要关注量子材料,例如拓扑绝缘体、Weyl 半金属和二维材料。在原位表征之后,通过光刻图案进一步处理堆叠以接收传输设备。这些器件在低温(>2K)和磁场(<14T)下进行测量,特别是评估对电场和/或温度梯度的纵向和横向传输响应(电导、霍尔、能斯特、塞贝克)。未来,他们还将利用原子层沉积的3-d一致性来制备复杂的设备,特别是在磁性领域。

③磁性微结构组

       该小组的研究触及了丰富的磁微结构或磁畴世界,从纳米世界延伸到可见维度。该领域可能被称为“中磁学”,它建立了原子基础与磁性材料技术应用之间的联系,范围从计算机存储系统到电机核心,包括自旋电子学和自旋轨道电子学等新研究领域。他们与技术团队合作,主要基于先进的磁光成像和磁力测量技术的实验分析,探寻当前各种铁磁、亚铁磁和反铁磁材料的磁畴和磁化过程的基本理解。

(3)微系统

①声学微系统组

       该研究团队研究和分析适用于各个应用领域的下一代微声器件。他们的研发主要面向实验室演示器开发、真实环境中的设备验证以及向行业的技术转移。为了了解微观和纳米尺度的控制效应并使其实际可用,他们还进行了选定的基础研究。此外,在高频声波领域,该团队与表面动力学研究团队也有合作。

       该团队的研发方法使他们能够解决声学微系统的完整技术链,包括基于 CAD 的设计、将多层和梯度薄膜与功能阻挡层结合在一起的先进薄膜系统的实现、用于片上微结构集成的非常规光刻技术以及声换能器结构,以及易于使用的微声学演示器的实现。这种方法还需要结合专门的分析方法,例如薄膜形态(变化)和薄膜应力演变、设备和薄膜几何形状、声学激发和气溶胶研究下微流体结构中的粒子行为,以及控制设备的物理效应的分析和数值研究。目前的研究项目有:基板表面改性和功能膜设计结合非常规光刻技术用于下一代声学微系统;声波场与流体、颗粒和微结构的相互作用;混合芯片实验室设备中微流体、电子和声学组件的集成;新兴的微声学应用,包括用于新诊断和治疗方法的声学驱动微流体、无线高温传感、气溶胶生成、(生物)打印和表面声学除冰;用于液体活检的血浆分离 ( CleanPlasma )的应用开发;用于质谱法的气溶胶生成的应用开发。

②微纳米生物医学工程组

       微型和纳米生物医学工程组 (MNBE) 旨在设计和开发在细胞和分子水平上连接生物样本的微型工具,用于基础研究和医疗保健应用,特别是在辅助生殖和靶向药物输送领域。此类微型工具的范围从医疗微型机器人到智能传感器-执行器系统,均采用尖端的微细加工技术和功能性纳米材料制成。目前的研究课题有:医疗微型机器人;生物传感器和传感器-执行器平台;器官芯片与组织工程;成像和高级控制系统。

(4)光伏

       光伏课题组主要研究金属卤化物钙钛矿光伏和量子点光伏。

       新兴电子技术侧重于研究此类新型半导体材料,这些材料在结构、维数和有序度方面差异很大。具体来说,该小组涉及的专业范围从无机量子点材料到多晶杂化有机-无机钙钛矿到高度无序的软有机系统。这些多功能材料类别是在非常低的温度下从溶液中加工而成的,但它们都表现出出色的光电特性、令人兴奋的固态物理学和光物理学以及在一系列电子设备中的有前途的性能。这些材料的不完美性质也导致了丰富的缺陷物理学,对材料特性具有令人着迷的影响。 此外,缺陷与光或氧气和水等环境因素的相互作用极大地影响了材料降解的物理特性,但也揭示了材料愈合等奇异且非常理想的特性。

为了研究这些材料的特性,研究团队应用了广泛的显微和光谱方法。在后者中,该团队发挥了自身在光发射、光热偏转和光致发光光谱学方面的优势,它们与器件制造和表征相结合,提供了对这些新型半导体材料中的材料物理和光物质相互作用的有意义的见解。研究团队使用设备作为研究材料所需特性的工具,并定期制造场效应晶体管、光伏和发光二极管,以补充光谱学对材料的基本表征。除了现有方法的应用之外,他们还致力于开发基于光发射和光热偏转光谱学的新实验方法。例如,他们最近开发了一种新型紫外光发射深度分析方法,可以探测大量材料和多层的电子结构。
 

3.复杂材料研究所

(1)结构分析

①纳米结构组

       该研究组研究了微米和纳米结构的材料和设备。其范围从铁Fe与碳C的基本相互作用、通过各种方法沉积金属薄膜到基于表面声波(SAW)技术的功能器件和应用。此外,用现代透射电子显微镜(TEM)在纳米尺度上对纳米结构材料进行成像和表征。研究组使用的光谱方法是能量色散X射线光谱法(EDXS)和电子能量损失光谱法(EELS和ELNES)。材料类别包括金属薄膜、具有特殊磁性或电子特性的多层、分子纳米结构(如石墨烯或碳纳米管)以及其他材料。还可以在电子显微镜中进行各种原位实验。该研究组不乏亮眼项目、成果,如:碳纳米管 (CNT) 内金属传输的原位研究;金属基复合薄膜;通过各种技术沉积金属以形成薄的结晶和非晶层;确定局部晶格参数和应变。

②非平衡材料中的X射线衍射/相形成组

       该小组主要关注非平衡材料的结构和相形成。研究重点是过冷液体的凝固、金属玻璃的结晶、液态和非晶态金属中的短程原子序和动力学、固/液界面以及异质成核。近期的研究亮点有:关联液态GeTe和Ge15Te85中的超快量热法、粘度和结构测量;相变材料Ge3Sb6Te5(先进功能材料)中的脆性到强性转变;Ni-Al熔体和TiB2超高温陶瓷之间界面的润湿、反应性和相形成;CuZrAl大块金属玻璃和复合材料的原子结构和形成。

(2)功能材料化学

①新合金与电化学/化学分析组

       该小组研究方向主要分为亚稳态合金、生物材料、磁性应用材料、化学元素分析四大块。

       在亚稳态合金方面,该研究组的研究重点:一是对Zr、Ti、Fe和Mg基合金系统腐蚀机制的基础研究,并且利用这种专业知识为金属玻璃开发了先进的电化学微加工技术(ECMM);二是使用选择性激光熔化 (SLM) 工艺通过增材制造制造的高级亚稳态合金的腐蚀分析。

       在生物材料方面,该研究组研究新型β型钛合金和金属玻璃的成分和工艺条件微观结构和形态与由此产生的化学和机械性能之间的关系。重点是材料表面、腐蚀和相关金属释放以及定制表面状态的生成对于与骨组织的最佳相互作用和较长的植入物寿命具有决定性作用。目前新的研究课题是开发用于生物电子学或支架应用的可生物降解的铁锰合金。

       在磁性应用材料方面,该研究组表征NdFeB和SmCo等稀土磁体。这包括从材料参数(例如微观结构和磁化状态)对主要腐蚀机制的影响的基础研究,到针对工业需求的特定测试方案的开发。并且将研究用于磁热合金的腐蚀分析和开发含稀土磁性材料的回收策略。此外,应用于电化学过程的磁场通过对靠近电极表面的溶液中的物质产生额外的力,可以产生显着的影响。该研究组进行基础研究以分析和描述这些场效应对腐蚀、电沉积和气体释放的影响。

       在化学元素分析方面,该研究组利用化学分析方法确定化学元素的含量并识别种类,特别是锂电池研究、用于生物技术应用的钛基合金、金属玻璃、钢和磁性材料。这种方法的结果支持跨学科的材料研究项目。重点是材料合成/生产的质量控制和材料特性与化学成分之间依赖性的调查。目前使用的方法有:ICP OES -电感耦合等离子体与光学发射光谱法;滴定法;UV/VIS-分光光度法。对于非金属分析,该小组使用的方法有:氧-氮分析法;碳-硫分析法。

②储能系统分析组

       该研究组研究储能系统的各个方面,如:

       负极材料-硅:该小组探索通过纳米结构来解决硅在循环过程中体积变化大的缺点;了解和改进硅负极SEI的形成;探索不同的形态,例如Si-NWs以及新的粘合剂系统,以进一步开发用于最先进LIB的高性能负极。

       锂/钠硫电池的架构设计、重构和接口工程:该小组设计硫和金属阳极主体的架构,重构电池(改性隔膜)并在金属负极上制备固体电解质界面(界面工程)以抑制多硫化物的穿梭效应和锂/钠金属负极的枝晶。

       电解质优化:一方面,电解质溶液应在低于-20 °C的温度下具有高离子电导率,另一方面,它应在高达50 °C的温度下保持电化学稳定性。因此,对不同电解质溶液的评价以及使用XPS和EIS研究电极/电解质界面是研究的重要组成部分。

       基于TiO2的负极材料研究:该项工作旨在开发、优化和构建用于锂离子电池的基于有序 TiO2的纳米管的新型阳极材料。重点是制造在钛泡沫上生长的TiO2NTs的新3D结构。此外,研究组在进行另一项研究,通过在无氟水性电解质中进行阳极氧化,在无氟电解质中生长自序TiO2NTs。目的是为锂离子电池应用生产安全且低成本的 TiO2NTs阳极。

       碳纳米洋葱:碳纳米洋葱是多壁碳富勒烯类结构,具有多个sp2 杂化碳壳。通常观察到球形多面体形状。储能小组开发了具有分级孔隙率和大表面积的中空碳纳米洋葱。这种材料在锂硫电池系统上具有相容性:20次循环后可逆容量高达700 mAh/g,40次循环后达到550 mAh/g。它非常适合作为锂硫电池系统中限制硫的主体材料。

       开发用于钠离子电池的新型正极材料:在该项工作中,该小组结合了钴或镍,提供高氧化还原电位,与钛一起,增强结构稳定性并可能有助于材料在低电池电位下的电化学活性,从而使材料适用于阴极和阳极应用。他们率先合成了两种新材料O3-Na0.95Co0.5Ti0.5O2(空间群R-3m)和P3-Na0.65Co0.5Ti0.5O2(空间群R3m),应用于钠离子电池。此外他们也正在研究使用锂电池中众所周知的电极材料的非水双盐电解质的不同类型混合电池。

(3)合金设计与加工

       该研究组研究众多,以下项目为该研究组的主要研究活动:

①合金开发/铸造/增材制造
       通过特殊铸造技术开发和表征满足极端要求的新型工具钢;通过选区激光熔化 (SLM) 加工高性能钢,以制造具有卓越机械性能和复杂几何形状的新型工具和零件;开发新型可生物降解的铁基合金和为临时医疗应用量身定制的工艺;开发和制造增材制造的铜基形状记忆合金,该合金具有针对功能应用的定制变化和机械行为;开发和生产新型铁基合金,作为高性能工具钢的堆焊和补焊填充材料,以及用于增材制造的目的;合成大块金属玻璃并研究其性能和变形机理。
②金属物理/金属成型
       研究金属的可塑性和变形机制;研究高熵合金的材料特性,特别是固溶硬化,以及其变形行为;利用管内粉末(PIT)方法实现脆性材料通过冷加工自行变形;在不同长度尺度上调整材料成分和微观结构以获得最佳性能;通过冷加工加强金属累计变形以强化金属材料;研究同时具有高强度和高导电性的高强度导体。
 

4.金属材料研究所

       该研究所目前有八个课题,分别是:

(1)界面工程与原子层沉积

       原子层沉积(ALD)是一种脉冲化学气相沉积(CVD) 工艺,用于沉积特征尺寸具有亚纳米精度的薄膜或纳米粒子。ALD的基础是将基材连续暴露于气相前体分子,气相前体分子具有自限性表面化学的独特特性。ALD已成为薄膜沉积的重要技术,因为它具有独特的优势,包括在高深宽比基板上的高度均匀和共形覆盖以及在原子水平上精确控制厚度。

该课题组多年来一直在这个领域工作,已经为不同的应用开发了各种氧化物系统、金属、过渡金属二硫化物和氮化物,包括但不限于:二维材料和拓扑绝缘体;热电材料的晶粒改性;活性电池组件的表面改性;保护层和封装;生物相容性薄膜。

(2)磁性材料

       该课题组专注于新型磁性材料的基础和应用方面,这些材料在高效电动机和发电机中的应用是必不可少的。该课题组目前研究基于 Mn-Al-C合金的无稀土永磁体。磁性材料的性能不仅取决于它们的固有磁性,还取决于从pm到cm的长度尺度上的微观结构。该课题组使用各种熔化、粉末冶金和变形技术合成纳米和微晶材料,并且使用扫描和透射电子显微镜(SEM和TEM)进行材料表征。

(3)超导纳米器件

       超导纳米器件课题组在复杂的量子物质中合成了拓扑超导体。他们关注不受晶格匹配约束的人工系统。合成后,通过各种实验探针探索电子和结构特性,包括纳米级的电子传输和在空间和时间上解析的同步辐射显微镜。该课题的重点是推进复杂量子物质中拓扑超导体的合成、纳米级成像和控制的工具。而目前最大的挑战是在复杂的量子物质中实现专门定制的拓扑超导特性,这些特性在室温下都很稳健。

(4)功能性氧化物层和超导体

       Ruben Hühne带领的团队使用脉冲激光沉积(PLD)和磁控溅射等沉积技术来制备薄膜和异质结构。重点是研究外延生长的超导、铁电和磁性薄膜,以了解这些材料的基本现象并调整其应用的功能特性。超导薄膜的研究主要集中在非常规超导体,如高温铜酸盐或铁基材料,而在铁电领域研究了显示电热效应的层。此外,该团队在超导体在超导磁力轴承(SMB)中的应用方面拥有丰富的专业知识。这项研究包括对高速旋转速度下动态特性的详细测量以及数值模拟,以改善整个装置的特性。

(5)热电运输

       该小组主要研究热电应用半导体材料的电子和热传输特性。在材料方面他们研究块状、纳米结构或薄膜,研究了单晶样品的基本特性。在复合材料和多晶结构中他们研究了缺陷形成和纳米结构对此类材料热电性能的影响。该小组是“PPMS实验室”设施的领导单位,该设施是为金属材料研究所的科学家提供服务的单位。

(6)纳米结构热电材料

       热电(TE)技术在许多应用中具有巨大的冷却和发电潜力,因为其独特的固态特性使TE设备免于维护和排放,从而提供非凡的可靠性。然而,先进的热电材料在大规模应用方面面临着一些挑战,包括但不限于缺乏耐用、高性能的热电材料,以及这些材料在器件中的转化不充分。该研究小组一直在通过应用以下互补的多管齐下策略来应对这些挑战:机器学习辅助选择有前途的热电材料;了解电子和声子传输特性;高性能热电材料的非平衡合成;用于发电和冷却的散装热电模块。

该课题组的最终目标是使用可扩展的加工方法为实现无毒、耐用、高性能和坚固的热电材料和模块创造一个新的范例,从而显着推进用于冷却和发电应用的热电技术的可持续性。
 

5.固体研究所

       该研究所下共有7个研究团队,分别有:

(1)电子能谱和显微镜

       该研究团队使用各种形式的电子显微镜来研究新材料,并将其与横向分辨和积分光谱相结合。可以解决的问题范围包括例如研究微观结构和固体的电场、磁场和应变场分布、它们的化学均匀性、纳米物体的表征(甚至操纵),直至直接观察材料的原子排列。该信息自然得到电子结构研究的补充,其中电子光谱学是主要工具。该团队的研究课题众多,主要有:有机半导体、过渡金属二硫化物、氧化物异质结构和界面、重费米子、纳米磁学、等离子体、介晶。

(2)磁体

       在结合热力学方法(磁化、比热和热膨胀)、高场电子自旋共振和核磁共振光谱学的连贯实验中,该团队研究了具有强电子相关性的材料的磁学和电子学性质。这些是复杂的过渡金属氧化物、铁磷化物和其他相关化合物,其中自旋、轨道和电荷的量子纠缠会产生新的量子基态和奇异的自旋激发。该团队主要目标是获得对低维和受挫量子磁体中新兴非常规自旋相特性的基本见解,检查它们的低能自旋动力学以及探索非常规高温超导体中磁性与超导性之间的相互作用。目前该团队进行着四个课题:复杂过渡金属氧化物中的量子磁现象;新型超导体(铜酸盐、铁磷)中磁性和超导性的相互作用;分子磁学;锂离子电池。

(3)纳米化学

       纳米化学组专注于无机、有机和杂化纳米材料的合成。

①富勒烯组

       富勒烯笼内的空白空间可以填充原子、离子、团簇,甚至小分子。具有封装物质的富勒烯称为内嵌富勒烯。该组工作的重点是具有不同簇的内嵌金属富勒烯(EMF)的合成。该小组率先开发了反应气氛方法,其中NH3或CH4气体在EMF的电弧放电合成中用作氮气或氢气的来源。最近的发展包括使用固体含氮有机化合物作为氮源。反应气氛法导致空富勒烯形成的显着抑制,导致EMF成为主要的富勒烯产物。富勒烯组也在寻找新型EMF,结果是发现了诸如Sc3CH@C80、Sc2S@C82或TiLu2C@C80等团簇富勒烯。碳基π系统中金属原子的封装导致EMF具有多种前所未有的化学和物理特性。该研究组重点关注通过电化学和光谱电化学研究的EMF 中的电子转移机制,以及镧系元素EMF的磁性,包括它们的单分子磁性。实验研究同时也需要分子结构、光谱特性和自旋态的量子化学计算。

②纳米级功能晶体组

       该组目前的研究重点是密封安瓿中的化学气相传输(CVT),比如铋硫族化物纳米结构(Bi2Ch3;Ch = S、Se、Te)的CVT,它可以通过无催化剂分解升华合成。纳米结构通过气固生长机制直接在 Si/SiO2 基板上生长,并显示出高度结晶度,长度尺寸>10μm,同时高度尺寸<10nm(纳米带)。该小组还实现了并行热力学计算,以实现用可重复的方式优化生长过程。

③有机单晶组

       该组研究有机半导体的基本电子特性。制造高纯度有机单晶并研究电荷传输、电子关联和电荷转移效应。通过X射线衍射、原子力显微镜(AFM)、扫描开尔文探针显微镜和光谱学对晶体进行了全面表征。通过与温度相关的多端电导率、场效应晶体管(FET)和霍尔效应测量来研究电子传输特性。为了达到非常高的载流子浓度,该组还构建了电荷转移界面并使用了不同的离子栅极电介质。 

④光谱电化学组

       光谱电化学作为电化学和各种光谱方法的结合,提供了有机半导体中电子转移反应的详细信息:检测电化学产生的物质;它们的特征(结构、特性、稳定性);电荷载流子的浓度分布取决于施加的电势;阐明电化学反应机理。

该组正在研究π-共轭有机结构(有机小分子、低聚物、导电聚合物等)、碳纳米结构(纳米管、空和内嵌富勒烯及其功能衍生物等)、杂化分子结构(金属有机化合物、配位化合物等),内嵌金属富勒烯等),溶液中的活性氧(ROS)。

(4)表面动力学组

       表面动力学方面该小组与表面声波(SAW)以及体声波(BAW)一起发生的高频超声现象。所有这些研究都与极性介电材料的研究相结合,以深入了解现代微声学中的应用、新器件原理的实施以及材料创新,最终实现更高的器件性能。因此,主要工作是精确地表征固态材料,如单晶、陶瓷和层状结构的弹性、介电、压电、铁电和铁弹性特性。此外,该组也在研究将微声元件作为传感器和执行器。

(5)同步加速器法组

       该研究组研究电子的微观行为,并通过最先进的光电发射来表征复杂电子系统的静态和动态特性。通过基于同步加速器的实验,他们能够研究相互作用电子的电子结构、基本激发和静态排序。研究目标是全面了解复杂的电子系统及其在各种能量、时间和长度尺度上的行为。角分辨光电子能谱(ARPES)是确定固体中低能电子动力学的有力工具。通常使用能量在6-300eV范围内的同步辐射来记录离开样品表面的光电子的能量和动量分布。然后使用该分布提取光谱函数——在单晶中找到具有给定能量和动量的电子的概率,即其电子结构。举例有非常规超导体、拓扑绝缘体、电子密度波、多铁性或重费米子系统。这些材料是许多其他研究团队活动的重点。因此,该小组与其他研究团队交流非常密切。

(6)合成与晶体生长组

①金属间磁性材料组

       该组的研究目标是了解所选功能材料的结构和性能之间的关系。为此,他们致力于开发合成和晶体生长路线、化学和结构表征以及研究此类功能材料的物理特性。相关材料包括但不限于金属间化合物和磷族化合物。研究的特性包括高自旋极化、一阶相变、磁各向异性、非常规超导性、受抑磁性、强自旋轨道耦合和非平凡拓扑。

②晶体生长组

       该组工作是制造并表征氧化物、硫化物和金属间化合物的单晶,这些材料具有非常规超导性、复杂磁性或离子传导等多种特性。

(7)传输和扫描探针显微镜组

       该组研究量子物质的涌现现象,例如低维磁性、非常规超导性或拓扑态。散装材料或纳米级设备中的电荷和熵传输提供了有关非常规准粒子的重要信息。它们的光谱和散射特性在大块样品中被探测,而准粒子相、它们的量子干涉和退相干在纳米电子设备的量子传输实验中获得。在更小的尺度上,该组分别用低温扫描隧道显微镜/光谱学 (STM/STS)和磁力显微镜(MFM)绘制出电子局域态密度(LDOS)和磁性结构的真实空间变化。

 

预算和收入

       在2020财年,IFW的研究和运营预算为4千五百万欧元,其中11%是通过竞争性招标获得的第三方资金。该研究所作为多个研究机构的成员,如Eu'ropean Regional Development Fund、ERC、ct.qmat集群、BIOREMIA等,也从中获得研究资金。
 

 

 
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中国(德国)研发创新联盟跨越新里程 中国(德国)研发创新联盟跨越新里程
May .29.2024
5月24日,中国(德国)研发创新联盟2024年第一次会员大会在中国驻法兰克福总领馆里德巴赫馆舍顺利召开。中国驻德国大使吴恳、中国驻法兰克福总领事黄昳扬、中国驻德国使馆科技处公参陈霖豪及五十余位代表出席了大会。
4月19日活动预告|地球板块起源和深部地热开发前沿研讨会 4月19日活动预告|地球板块起源和深部地热开发前沿研讨会
Apr .17.2024
中国(德国)研发创新联盟碳中和专委会将联合德国克劳斯塔尔工业大学中国能力中心、郑州大学中德碳中和与绿色发展研究院、中欧碳中和,于2024年4月19日共同举办“地球板块起源和深部地热开发”前沿研讨会。会议采用线下+线上形式,中欧碳中和进行网络直播。
中国(德国)研发创新联盟主席孙国旺一行到访中国汽车工业协会 中国(德国)研发创新联盟主席孙国旺一行到访中国汽车工业协会
Apr .16.2024
2024年4月15日,中国(德国)研发创新联盟主席孙国旺、副主席李吉宝到访中国汽车工业协会,中国汽车工业协会常务副会长兼秘书长付炳锋进行了接待。
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