Sorgfältig justiert der Physiker Michael Weinl vom Teilprojekt D1 des Sonderforschungsbereichs 484 im Quarzrohr vor ihm eine Probe aus Strontiumtantalat. Noch ist das Material polykristallin, sein Innenleben besteht also aus sehr kleinen Kriställchen in den verschiedensten Anordnungen.

Nachdem der Forscher alle Einstellungen vorgenommen hat, schließt er die beiden vergoldeten Hohlspiegel, die man hinter dem Quarzrohr erkennt. Dann werden zwei starke Lichtstrahlen auf die Probe in fokussiert, wodurch sie sich auf über 2000 Grad Celsius erhitzt und an der heißesten Stelle schmilzt. Beim Verlassen dieser heißesten Zone kristallisiert die Schmelze. Durch dieses Verfahren erhält man aus dem polykristallinen Ausgangsmaterial einen Kristall in dem alle Atome ganz regelmäßig angeordnet sind. Die so erhaltenen Kristalle kommen entweder direkt zum Einsatz (ein Beispiel ist der Rubin-Laser) oder werden durch chemische Reaktionen noch verändert. Zum Beispiel können die Wissenschaftler aus der Probe einige Sauerstoffanteile herausnehmen und durch Stickstoff ersetzen. Dabei erhalten sie so genannte Oxinitride also Verbindungen von Metall mit Stickstoff und Sauerstoff. Aus diesen neuartigen Materialen könnten in Zukunft zum Beispiel anorganische Farbstoffe hergestellt werden.

Mit viel Fingerspitzengefühl bringt der Physiker Stefan Thiel vom Teilprojekt D4 des Sonderforschungsbereichs 484 einen winzigen Einkristall auf eine Kupferplatte auf. Anschließend schiebt er den Kristall aus Strontiumtitanat in die Vakuumkammer.

Der Kristall ist eine Neuentwicklung. Das besondere an ihm: Ihn umgibt ein aus wenigen Atomlagen bestehender Film aus Lanthanaluminat. Der Einkristall ist ein Isolator, der Film auf ihm ist ebenfalls ein Isolator, durch beide fließt kein Strom. Jedoch bildet sich an der Grenzfläche zwischen Kristall und Film eine leitfähige Schicht mit bisher wenig erforschten Phänomenen. Bevor die Physiker diese Effekte jedoch untersuchen können, müssen sie in der Vakuumkammer auf die gesamte Anordnung eine weitere hauchdünne Schutzschicht aus Siliziumoxid aufbringen. Anschließend kann die Probe in Scheiben geschnitten und untersucht werden.

Nils André Reinke justiert eine Linse für einen Laserstrahl, der anschließend auf die gelbe Probe rechts von ihm trifft. Dort befinden sich organische Moleküle, die der Laser zum Leuchten anregt. Die Physiker vom Teilprojekt D5 des Sonderforschungsbereichs 484 betreiben mit diesem Laseraufbau Grundlagenforschung auf dem Gebiet der organischen Leuchtdioden (OLEDs).

Rund einen Quadratzentimeter groß ist das kleine Glasplättchen, auf dem ein so genanntes Übergangsmetalloxid aufgebracht ist. Mit solchen Proben untersuchen die Physiker vom Teilprojekt E2 des Sonderforschungsbereichs 484 diese zukunftsträchtigen Materialien in unterschiedlichen Probenformen - vom Einkristall bis zu nanometergroßen Partikeln.

Übergangsmetalloxide eignen sich aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften für den Einsatz als Funktionsmaterialien in vielen Bereichen des täglichen Lebens. Beispielsweise ändert sich ihre elektrische Stromleitfähigkeit von gut leitendem (metallischem) zu isolierendem Verhalten, abhängig von der Temperatur. Damit können die Übergangsmetalle für Brandmelder verwendet werden. Zudem sind die optischen Eigenschaften solcher Materialien variabel. Sie können vom durchsichtigen Isolator zum undurchsichtigen Metall übergehen und damit etwa bei Fenstern die Einstrahlung des Sonnenlichts regulieren.

Dr. Andrei Pimenov vom Teilprojekt E7 des Sonderforschungsbereichs 484 überprüft einen Laseraufbau. In dem blauen Kryostaten in der rechten Bildhälfte können die Wissenschaftler negative Brechung erzeugen.

Trifft Licht auf Glasflächen, Linsen oder Prismen, so werden die einfallenden Strahlen zum Lot gebrochen, und zwar in Abhängigkeit des Materials, das sie durchdringen. Dieses Gesetz der positiven Brechung ermöglicht es, Lichtstrahlen mit optischen Geräten zu steuern oder zu fokussieren. Die Augsburger Physiker haben nun in einem neuartigen Material experimentell bewiesen, dass es auch negative Brechung gibt. Das Phänomen ist seit knapp 40 Jahren bekannt: Dabei erfolgt die Ausbreitung der Lichtwelle, anders als bei der positiven Brechung, entgegen der Richtung der transportierten Energie. Was der russische Physiker Victor Veselago im Jahre 1967 theoretisch voraussagte, haben die Wissenschaftler vom Sonderforschungsbereich 484 in einem Material aus Multilagen von ferromagnetischen und supraleitenden Dünnfilmen realisiert. Mit Hilfe der Dünnfilme, an die sie starke Magnetfelder anlegten, konnten sie zwischen positiver und negativer Brechung des Lichts umschalten.