25.05.2021 Gemeinsam an die Grenzen gehen

DFG-Sonderforschungsbereich zu inneren Grenzflächen um weitere vier Jahre verlängert

Foto von Prof. Höfer und Prof. Volz
Foto: Stefan Kachel
Prof. Dr. Ulrich Höfer und Prof. Dr. Kerstin Volz (v. l.), die ab Juli 2021 die Sprecherschaft des SFB übernimmt.

Der Marburger Sonderforschungsbereich „Struktur und Dynamik innerer Grenzflächen“ wird um weitere vier Jahre verlängert. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert damit die dritte Phase des erfolgreichen SFB 1083 mit weiteren 12,3 Millionen Euro. Von der Grundlagenforschung und dem Verständnis von Prozessen an Grenzflächen über erste Anwendungsszenarien können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Physik, Chemie und Materialwissenschaften nun auch die konkrete Entwicklung neuartiger Bauelemente intensivieren.

Ob Smartphones, Computer oder Displays – in all diesen Geräten sind winzige elektronische Bauteile aus unterschiedlichen Materialien eingebaut. Die Kontaktflächen zwischen zwei Materialschichten nennen Forscherinnen und Forscher „Innere Grenzflächen“. Hier kommt es zu Effekten, die vielfach entscheidend für die Funktion der Bauteile sind. Dies ist nicht nur bei den meisten herkömmlichen Transistoren oder Solarzellen so. Beispielsweise entwickelte das interdisziplinäre Forscherteam den Prototyp eines neuartigen Lasers, der nur funktioniert, weil er innere Grenzflächen enthält. Das ist aber nur einer der zahlreichen Erfolge, die in den ersten beiden Förderphasen des Sonderforschungsbereichs bereits erzielt werden konnten.

„Bevor der SFB startete, waren die chemischen und physikalischen Vorgänge an inneren Grenzflächen von Festkörpern noch vergleichsweise wenig erforscht. Das galt gerade auch für sehr grundlegende Fragen, wie etwa dem Ladungstransfer an einem elektrischen Kontakt. Ich bin sehr stolz, dass wir in den vergangenen Jahren gemeinsam maßgeblich zum Verständnis solcher und anderer Grenzflächenphänomene beigetragen haben“, sagt Prof. Dr. Ulrich Höfer, der den SFB vor nunmehr fast zehn Jahren initiiert hat und seit 2013 dessen Sprecher ist. Das Forscherteam hatte zunächst in Experimenten mit Modellsystemen erforscht, wie die chemischen Bindungen, die elektronische Kopplung und der Energietransfer an Grenzflächen grundsätzlich funktionieren – und wie sich diese Eigenschaften verändern, wenn man unterschiedliche Arten von Materialien einsetzt. Dafür wurde eine Reihe von experimentellen Techniken entwickelt oder existierende Verfahren für die Untersuchung von Grenzflächen optimiert. Denn obwohl die enorme Bedeutung der Grenzflächen bekannt war, fehlte es vielfach an geeigneten Untersuchungsmethoden. Diese Forschungslücke konnte der SFB erfolgreich schließen.

„Die Technologien, die wir hierfür inzwischen einsetzen, sind auf einem Niveau angekommen, das wir uns vor Jahren nicht vorstellen konnten. Mikroskopie und Spektroskopie ermöglichen einen bisher beispiellosen Einblick in atomare Strukturen und Phänomene auf Nanoskalen. Im neuen Förderzeiträum werden wir all diese Erkenntnisse und Errungenschaften zusammenführen und den Anwendungsbezug weiter stärken“, sagt Prof. Dr. Kerstin Volz, die ab Juli 2021 die Sprecherrolle übernehmen wird. „Dieses Potential wurde auch von den Gutachterinnen und Gutachtern so gesehen, die den SFB nahezu ungekürzt zur Weiterförderung empfohlen haben.“

In 19 wissenschaftlichen Teilprojekten werden auch innere Grenzflächen in Hybridmaterialien, also der Verknüpfung von zum Beispiel organischen Materialien mit zweidimensionalen Materialien, ebenso wie das gezielte Design von Grenzflächen nach konkreten Vorstellungen zunehmende Bedeutung gewinnen. Ein wesentlicher, neuer Fokus wird außerdem auf der Erforschung von lateralen Strömen mit Methoden liegen, die über eine hohe Zeitauflösung im Bereich von Femtosekunden verfügen, oder die es erlauben, im Ultrahochvakuum Mikrokontakte herzustellen. „Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden insbesondere für zukünftige Bauelemente sehr relevant sein, etwa solche, die auf neuen Materialklassen wie Graphen, zweidimensionalen Halbleitern oder topologischen Isolatoren basieren“, sagt Volz.

Dem Sonderforschungsbereich gehören 21 Forscherinnen und Forscher der Physik, Chemie und Materialwissenschaften der Universitäten Marburg, Gießen, Münster und Leipzig sowie des Forschungszentrums Jülich als Teilprojektleiter an. Insgesamt arbeiten etwa 80 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in dem Verbund. „Dieser Zusammenschluss hat sich mehr als bewährt. Ohne ihn hätten wir einige der ‚Traumexperimente‘, wie sie bei der Online-Begutachtung im März von einigen Experten tituliert wurden, nicht durchführen können,“ sagt Höfer und ergänzt: „Allein in den ersten Monaten dieses Jahres hat der SFB bereits dreimal in den absoluten Top-Journalen Nature und Science veröffentlicht.“

„Der SFB 1083 hat mit der Physik und der Chemie zwei sehr starke Bereiche der Universität Marburg erfolgreich mit sehr renommierten, externen Kooperationspartnerinnen und -partnern zusammengeführt. Die erneute Förderung der DFG zeigt sehr deutlich, dass die Universität Marburg auf dem Gebiet der Materialwissenschaften eine internationale Spitzenposition innehat“, sagt Prof. Dr. Michael Bölker, Vizepräsident für Forschung und Internationales der Philipps-Universität.

Weitere Informationen:

Website des SFB 1083 „Struktur und Dynamik innerer Grenzflächen“

Film des SFB 1083 zur Forschung im Bereich der Grenzflächen

Ansprechpersonen:

Prof. Dr. Ulrich Höfer
Fachbereich Physik
Philipps-Universität Marburg
Tel.: 06421 28-24215
E-Mail:

Prof. Dr. Kerstin Volz
Fachbereich Physik und Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften (WZMW)
Philipps-Universität Marburg
Tel.: 06421 28-22297
E-Mail:                                                                                                                                                   

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