Cluster in Kontakt mit Oberflächen: Elektronenstruktur und Magnetismus

Koordination:

 

Abschlusskolloquium des SPP 1153

06.09. - 10.09.2009
in Hirschegg (Österreich)

Webseite: SPP1153 Kolloquium in Hirschegg

Beschreibung:

Die Forschung zum Beginn des neuen Jahrhunderts ist durch stürmische Fortschritte auf dem Gebiet der Nanowissenschaften geprägt. Dabei entstehen neue Problemfelder, die zur Lösung oft interdisziplinäre Anstrengungen verlangen. Betroffen ist beispielsweise die Technologie hochverdichteter elektronischer Speicher: Hier sind inzwischen Strukturgrößen mit solch winzigen Abmessungen erreicht, dass konventionelle physikalische Ansätze nur noch begrenzt für eine weitere Entwicklung herangezogen werden können. Es gilt, innovative Konzepte auf wissenschaftlicher und technologischer Basis auszubauen.

Eine Perspektive besteht darin, die Strukturen nicht durch Verkleinerung makroskopischer Elemente sondern durch das Zusammenfügen von nur wenigen Atomen aufzubauen. Diese Objekte, sog. Cluster, sind durch Quanteneffekte gekennzeichnet. Sie erscheinen spannend und vielversprechend.

Untersuchungen in Strahlexperimenten haben gezeigt, wie drastisch freie Cluster sich von entsprechenden Festkörpern unterscheiden können. Sowohl die elektronischen und magnetischen als auch die chemischen Eigenschaften sind davon betroffen. Eine umfangreiche Wissensbasis auf diesem Gebiet wurde erarbeitet und ist vielfach dokumentiert .

Bisher nur rudimentär ist das Wissen über Cluster auf Festkörperoberflächen, die sich, je nach Art von Cluster und Substrat, in ihren Eigenschaften nur graduell oder auch völlig von ihrer freien Form unterscheiden. Hier setzt der Schwerpunkt an: Aktivitäten in der Oberflächen- und der Clusterphysik sollen gebündelt werden, um die wichtigsten Fragestellungen hinsichtlich elektronischer Struktur, Ladungstransport und Magnetismus aus verschiedenen Blickwinkeln in Angriff nehmen zu können. Die Manipulation einzelner Atome und die resultierende elektronische Natur eines so erzeugten Nanoteilchens sollen ebenso interessieren wie die Abhängigkeit magnetischer Effekte von der genauen Anzahl und der räumlichen Anordnung der Atome. Diese und viele weitere Aspekte sind wissenschaftlich interessant, es besteht aber auch ein erhebliches Potential, Anwendungen voranzutreiben.

Die besonderen geometrischen Strukturen und die damit verbundenen elektronischen Eigenschaften von Clustern geben Anlass zu der Hoffnung, eine ganze Klasse neuer Materialien erzeugen zu können. Für jede technische Anwendung müssen die Cluster jedoch in eine tragende Umgebung gebracht werden, sei es auf eine Unterlage oder in ein Medium. Die unvermeidliche Kopplung zur Umgebung wird die Funktionalität ändern. Das System Cluster plus Substrat/Umgebung bildet damit ein neues Element auf der Nanometer-Größenskala und eignet sich zum gezielten Aufbau neuer Materialien mit diversen Funktionsmerkmalen. Allerdings steckt trotz der umfangreichen Erfahrung in der Physik von Festkörpern und Oberflächen einerseits und der Physik von freien Clustern andererseits das Zusammenspiel der beiden Gebiete noch in den Kinderschuhen. In dem geplanten Schwerpunktprogramm sollen die in den verschiedenen Arbeitsgruppen begonnenen theoretischen und experimentellen Untersuchungen an Clustern in Kontakt mit Oberflächen verknüpft und weitere Gruppen für diese interessante Fragestellung motiviert werden. Wir sehen ein hohes Potential an Zusammenarbeiten durch z.B. den Austausch von Proben mit massenselektierten Clustern, konzertierte theoretische Anstrengungen, oder direkte Kopplung von theoretischen und experimentellen Arbeiten. Ein besonderes Merkmal des Schwerpunkts wird seine Interdisziplinarität im Grenzbereich zwischen Physik, Chemie und Materialwissenschaft sein.