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TRR 80 für weitere vier Jahre gefördert
(c) TRR80

Weitere 8,8 Mio. € für die Erforschung elektronisch korrelierter Materialien

TRR 80 für weitere vier Jahre gefördert

[11.12.2017]

Der Transregionale Sonderforschungsbereich TRR 80 „Von elektronischen Korrelationen zur Funktionalität“ ist zum zweiten Mal als exzellenter Forschungsverbund mit internationaler Ausstrahlung evaluiert worden und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für vier weitere Jahre gefördert. Prof. Dr. Rossitza Pentcheva leitet darin zwei Projekte: Eines zum Verständnis fundamentaler Mechanismen, die das Auftreten von neuartigem elektronischem Verhalten an Übergangsmetalloxid-Grenzflächen steuern, in einem weiteren Projekt beschäftigt sie sich mit dem Verständnis und der Optimierung solcher Systeme als vielversprechende thermoelektrische Bauelemente.

Die Forschung des TRR 80 basiert auf der Synthese neuer Materialien mit starken Wechselwirkungen zwischen den Ladungsträgern, den Elektronen. Es werden hochreine Einkristalle, Dünnfilme, Grenzflächen und Heterostrukturen mit atomarer Präzision hergestellt. Die strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften der Proben werden mit einer Vielzahl moderner Methoden untersucht – unter anderem an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Garching bei München. Die Messergebnisse werden mit eigens entwickelten Konzepten zur Beschreibung korrelierter Elektronen theoretisch modelliert.

Zur Forschungsförderung in Höhe von 8,8 Millionen Euro kommen 1,76 Millionen Euro hinzu, die der Stärkung der Grundausstattung an den beteiligten Institutionen dienen. Der an der Universität Augsburg verortete Forschungsverbund wird von der Technischen Universität München mitgetragen und durch Partner des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart, der Universität Duisburg-Essen sowie des Walther-Meißner-Instituts der Bayerischen Akademie der Wissenschaften ergänzt. Prof. Dr. Rossitza Pentcheva von der Universität Duisburg-Essen (UDE) verantwortet darin gemeinsam mit Kollegen der Universität Augsburg sowie dem Max-Planck-Institut für Festkörperforschung zwei Projekte: Das Teilprojekt G3 „Interface Induced Electronic States in Correlated Matter“ befasst sich mit dem grundlegenden Verständnis und der Vorhersage sowie der experimentellen Realisierung neuartiger elektronischer und vor allem topologisch nichttrivialer Phasen an Oxidgrenzflächen. Der Fokus liegt auf Systemen, die ein Zusammenspiel aus elektronischen Korrelationen und starker Spin-Bahn-Kopplung aufweisen. Im Teilprojekt G8 “Thermoelectric Properties of Transition-Metal Oxide Thin Films and Superlattices” geht es um die Optimierung der thermoelektrischen Eigenschaften in Oxidheterostrukturen durch Ausnutzung der reduzierten Dimensionen, der kristallographischen Orientierung und der selektiven grenzflächeninduzierten Dotierung.

Von kollektiver Elektronenbewegung …

Falls sich, anders als in normalen Metallen oder Halbleitern, Elektronen nicht nahezu unabhängig voneinander bewegen können, ist eine Beschreibung des Verhaltens mit Standardmethoden unmöglich. Andererseits führen Elektronenkorrelationen zu neuen, quantenmechanisch verschränkten, isolierenden, metallischen, magnetischen oder supraleitenden Zuständen, deren Erforschung nicht nur aus Grundlagensicht sehr vielversprechend ist.

… zu neuartigen Funktionalitäten …

Nachdem in der ersten Projektphase des Transregio von 2010 bis 2013 neue und weltweit einzigartige Methoden zur Untersuchung dieser Phänomene entwickelt wurden, kamen diese in der zweiten Projektphase von 2014 bis 2017 für eine Reihe von Fragestellungen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Magnetismus und Supraleitung, zum Einsatz. Im Blickpunkt der nun bewilligten dritten Förderperiode stehen sogenannte „topologisch geschützte“ Materialien. Diese weisen besondere Anregungen, die den Charakter neuer elementarer Teilchen haben, oder auch neuartige Oberflächen- und Randzustände auf. Hierzu zählen spezielle Wirbelstrukturen in Magneten und Grenzflächen zwischen speziellen Isolatoren, an denen zweidimensionale Supraleitung, eine erhöhte Kapazität oder verstärkte Thermoelektrizität beobachtet werden.

… und deren Anwendungspotential

Einige der hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden angewandt, um kommende Generationen elektronischer Bauelemente zu entwickeln. Die im TRR 80 entdeckten und untersuchten Wirbelstrukturen in Magneten besitzen großes Anwendungspotential für schnellere und effizientere Datenspeicher. Die neuen Grenzflächeneffekte können im Bereich der Energiespeicherung und -umwandlung zu einer signifikanten Verbesserung der kapazitiven und thermoelektrischen Eigenschaften führen. Schließlich werden im Transregio spezielle magnetische Materialien entwickelt, in denen völlig neuartige topologische Anregungen für die Realisierung von Quantencomputern vermutet werden.

Nachwuchsförderung unter besten Bedingungen und auf höchstem Niveau

Die bewilligten Finanzmittel werden überwiegend dem wissenschaftlichen Nachwuchs zugutekommen. In 21 Teilprojekten werden 32 Doktorandinnen und Doktoranden entscheidend zur Erreichung der Forschungsziele beitragen. Für den Besuch nationaler und internationaler Konferenzen stehen ausreichende Mittel zur Verfügung. Im Rahmen einer sogenannten „Integrated Research Training Group“ können die Nachwuchswissenschaftlerinnen und –wissenschaftler eigenständig kleinere Projekte bearbeiten sowie Workshops und Sommerschulen organisieren. Verschiedene Soft-Skill-Kurse ergänzen das Angebot.

Bestens geglückter Generationenwechsel

Bei der Begutachtung im September 2017 wurde dem TRR 80 weltweite Sichtbarkeit bescheinigt, besonders gelobt wurde die von seinen Forscherinnen und Forschern generierte sprühende Vielfalt neuer Ideen und Methoden. Insbesondere sei auch der mittlerweile vollzogene Generationenwechsel in der Leitung bestens geglückt, der TRR 80 sei damit für die kommenden Jahre hervorragend aufgestellt. „Ich bin sicher, dass wir als internationales Kompetenzzentrum für Elektronische Korrelationen und Magnetismus auch in den kommenden vier Jahren weltweit sichtbar sein werden“, so Sprecher Philipp Gegenwart, der überzeugt ist: „Für die langfristig erfolgreiche Entwicklung dieses zukunftsweisenden Arbeitsgebiets haben wir durch die Fortsetzung unseres Transregio-Sonderforschungsbereichs hervorragende Voraussetzungen.“

 

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Rossitza Pentcheva, 0203 379-2238, rossitza.pentcheva@uni-due.de

Redaktion: Pressestelle der Universität Augsburg