Die Forschungsaufgaben des Lehrstuhls konzentrieren sich auf
fundamentale Fragen der Physik in Forschungsfeldern, die auch für
Anwendungen von großer Bedeutung sind. So analysieren wir mit
Nachdruck die grundlegenden Mechanismen des Stromtransports in
Hochtemperatur-Supraleitern, um die Basis für die Entwicklung und
die Fabrikation energiesparender und umweltfreundlicher Kabel zu
schaffen. Mit dem Einsatz supraleitender Kabel ließen sich die
gegenwärtigen gewaltigen Verluste der Energieübertragung in den
Hochspannungsleitungen halbieren. Bemerkenswerterweise hängt die
Leistungsfähigkeit dieser Kabel von der Symmetrie der
makroskopischen, quantenmechanischen Wellenfunktion der
Supraleiter ab.
In einem weiteren Forschungsprojekt versuchen wir
die physikalischen Phänomene zu verstehen, die das Verhalten des
Elektronensystems neuartiger Oxide prägen. Die faszinierenden
elektronischen und magnetischen Eigenschaften dieser Oxide sind
wiederum für neuartige elektronische Bauelemente von großem
Interesse.
Um den Ansprüchen der Fragestellungen entsprechen zu können,
führen wir am Lehrstuhl eine Vielzahl von Untersuchungen sowohl
mit experimentellen als auch mit theoretischen Mitteln durch und
profitieren hierbei von häufigen und direkten Wechselwirkungen,
sowohl innerhalb des Lehrstuhls und Instituts als auch in
nationalen und internationalen Kooperationen.
Unsere experimentellen Arbeiten basieren auf
Einkristallen,
die mittels eines fortgeschrittenen Zonenschmelzverfahrens gezogen
werden, sowie auf epitaktischen Schichten, die wir als
Einfachschichten oder als Heterostrukturen unter Verwendung
optimierter Epitaxieprozesse deponieren. Diese Verfahren
ermöglichen, hochwertige Proben aus einem breiten Spektrum von
Materialien zu schaffen, deren Struktur bis auf atomarer Ebene
kontrolliert werden kann. Diese Schichtsysteme werden unter
Verwendung moderner Reinraumtechniken mit optischen oder
elektronenstrahl-lithographischen Verfahren und Ionenstrahlätzen
hochauflösend strukturiert. Anschließend werden ihre elektronischen und magnetischen
Eigenschaften in automatisierten Tieftemperatur-Meßplätzen
analysiert. Die Mikrostruktur der Schichtsysteme wird u.a. mit der
Rastertunnelmikroskopie und der Rasterkraftmikroskopie untersucht,
die eine Analyse der elektronischen und magnetischen Eigenschaften
mit extremer Ortsauflösung gestatten.
Die Verbesserung des Auflösungsvermögens der
Rastersondenmikroskopie und ihre fundamentalen Grenzen, ist ein
eigenes Forschungsthema des Lehrstuhls. Standardmäßig lassen sich
mit diesen Verfahren schon heute in vielen Fällen die Atome
abbilden. Mit einem neuen dynamischen Verfahren, bei dem ein als
Kraftsensor wirkender Federbalken mit sehr kleinen Amplituden im
sub-Nanometerbereich schwingt, konnten wir das Auflösungsvermögen
der Rasterkraftmikroskopie nochmals deutlich steigern und die
Elektronenwolken (Orbitale) der Atome sichtbar machen. Eine
Anwendung dieser Technik ultrakleiner Amplituden liegt in der
Messung lateraler, also parallel zur Probenoberfläche wirkender,
Kräfte. Erstmals gelang uns mit dieser Technik die atomar
aufgelöste Messung von Reibungskräften.
