Forschungsbericht 2010 - 2011 - Fachbereich Physik der Universität ...

physik.uni.kl.de

Forschungsbericht 2010 - 2011 - Fachbereich Physik der Universität ...

Fachbereich

Physik

FORSCHUNGSBERICHT

Zeitraum

Januar 2010 – Dezember 2011


Inhaltsverzeichnis

Seite

Vorwort 3

Übersicht über die Arbeitsgruppen und ihre Forschungsgebiete 5

Forschungsberichte der Professoren:

Prof. Aeschlimann: Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen 7

Prof. Anglin: Grundlagen der Quantenphysik 23

Prof. Beigang: Ultraschnelle Photonik und THz-Physik 27

Prof. Bergmann: Experimentelle Quantenoptik und Molekulare 39

Stoßdynamik

Prof. Diller: Biophysik und Kurzzeitspektroskopie 42

Prof. Eggert: Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme 49

Prof. Fleischhauer: Theoretische Quantenoptik 55

Prof. Fouckhardt: Integrierte Optoelektronik und Mikrooptik 64

Prof. v. Freymann: Optische Technologien und Photonik 71

Prof. Hillebrands: Magnetismus und elastische Eigenschaften 77

geschichteter Strukturen

Prof. Hübner: Theorie der kondensierten Materie 92

apl. Prof. Korsch: Dynamische Systeme der Atom- und Molekülphysik 96

Prof. Kuhn: Didaktik der Physik 99

Prof. Oesterschulze: Physik und Technik der Nanostrukturen 110

Prof. Ott: Ultrakalste Quantengase und Quantenatomoptik 116

Juniorprof. Rahm: siehe Prof. Beigang

Dr. Rethfeld: Ultrakurzzeitdynamik laserangeregter Festkörper 122

Prof. Schneider: Theoretische Halbleiteroptik 130

Prof. Schünemann: Biophysik und Medizinische Physik 135

Juniorprof. Sirker: Theorie der stark korrelierten Quantensysteme 146

Prof. Urbassek: Computersimulation und Materialwissenschaften 151

Prof. Widera: Quantenphysik mit einzelnen Atomen und 158

Quantengasen

Prof. Ziegler: Grenzflächen, Nanomaterialien und Biophysik 162

1


Forschungsberichte pensionierte/emeritierter Professoren:

Prof. Hotop: Atom-, Molekül- und Elektronenphysik 174

Prof. Müller Modelle der Quantenfeldtheorie und Statistischen 178

Mechanik

Prof. Schmoranzer Atomphysik und angewandte Elektronenphysik 179

2


Vorwort

Internationale Spitzenforschung von den Grundlagen bis zur Anwendung

Eine zentrale Rolle in der Forschung am Fachbereich Physik der TU Kaiserslautern spielen

die Bereiche Optische Technologien/Quantenoptik und

Festkörperphysik/Materialwissenschaften. Dabei dient die Optik in fast allen

Arbeitsgruppen entweder als ein Gegenstand des wissenschaftlichen Interesses oder als

eine Untersuchungsmethode. Die Grundlagenforschung nimmt am Fachbereich Physik

einen breiten Raum ein und wird sowohl von den experimentellen als auch von den

theoretischen Arbeitsgruppen intensiv betrieben.

Eine Übersicht über die Forschungsgebiete der Arbeitsgruppen des Fachbereichs Physik

und ihre Verknüpfung untereinander ist in der nachfolgenden schematischen

Darstellung gegeben:

Theoretische Quantenoptik

Fleischhauer, Anglin

Theoretische

Quantend

ynamik

Korsch

Theoretische Festkörperphysik /

Vielteilchensysteme

Schneider, Hübner, Sirker

Optische Technologien

Quantenoptik

Molekulare Phänomene

Widera, Ott, von Freymann

Schwerpunkte der Theoretischen Physik in Kaiserslautern sind die Quantenoptik und die

Festkörperphysik/Vielteilchensysteme. Die grundlagenorientierte Experimentalphysik

3

Didaktik

Kuhn

Fouckhardt

Aeschlimann Ziegler

Eggert Rethfeld

Hillebrands

Materialwissenschaften

Festkörperphysik

Urbassek, Oesterschulze

Biophysik

Diller, Schünemann


kreist um die Themenbereiche Ultrakurzzeitphysik mit Laserpulsen (z.B. auf der

Femtosekunden-Zeitskala), kohärente Kontrolle elektronischer Zustände, Magnetismus,

Nanostrukturphysik und Biophysik. Lasergestützte Prozesse spielen eine große Rolle bei

der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der experimentellen und theoretischen Atom

und Molekülphysik.

Bei der anwendungsorientierten Forschung finden sich im Fachbereich Physik viele der

Schlüsselthemen des 21. Jahrhunderts. In der experimentellen und angewandten Physik

werden die Hauptforschungsrichtungen Laserphysik, integrierte Optik und

Optoelektronik, Magnetismus und Magnetoelektronik, Festkörperphysik,

Oberflächenphysik und Materialwissenschaften und Nano- und Biophysik bearbeitet.

Mit dem Nano Structuring Center (NSC) der TU steht eine hervorragende Infrastruktur zur

Verfügung, um im Bereich Nanotechnologie neue Entwicklungen voranzutreiben. Eine

enge Kooperation besteht auch zu dem Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik

IFOS.

Mit der umfassenden Untersuchung von Spin-Phänomenen widmet sich das im Rahmen

der Bundesexzellenzinitiative beantragte Exzellenzcluster CASE (Kaiserslautern Center

for Advanced Spin Engineering) einer wissenschaftlich und technologisch wichtigen

sowie perspektivreichen Thematik. Das Exzellenzcluster soll international ausgewiesene

Forschergruppen aus der Physik, der Chemie sowie den Ingenieurwissenschaften zu

einem Netzwerk zusammenfügen.

Das Landesforschungszentrum OPTIMAS – Optik und Materialwissenschaften –, welches

in 2008 etabliert wurde, arbeitet erfolgreich. 20 Arbeitsgruppen und das Nano

Structuring Center und die Projektgrupe Teratec (Fraunhofer Institut für Physikalische

Messtechnik) des Fachbereichs sind beteiligt.

Mitglieder des Fachbereichs sind in den folgenden Forschungsinitiativen vertreten: DFG-

SFB TRR 88: „Kooperative Effekte in homo- und heterometallischen Komplexen (3MET)“,

DFG-SFB 926 „Bauteiloberflächen: Morphologie auf der Mikroskala“, DFG-SFB TRR 49

”Condensed Matter Systems with Variable Many-Body Interactions”, Frankfurt-K‘lautern-

Mainz; DFG-Graduiertenkolleg 792 „Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik“, Physik

und Chemie Kaiserslautern; Bundesexzellenz-Graduiertenschule MAINZ “Material

Science in Mainz“, Mainz-Kaiserslautern; Landesexzellenz-Graduiertenschule MATCOR

(integriert in MAINZ) „Strongly Correlated Quantum Systems: Experiments and

Simulation on Molecules, Ultra-cold Quantum Gases, and Materials with Strong

Electronic Correlations“, Mainz-Kaiserslautern; DFG-Graduiertenkolleg 814

„Ingenieurmaterialien auf verschiedenen Skalen: Experiment, Modellierung und

Simulation“, Maschinenbau/Verfahrenstechnik und Physik Kaiserslautern. Darüber

hinaus sind Professoren des Fachbereichs beteiligt an den

Landesforschungsschwerpunkten NANOKAT und Membrantransport.

Auch in den Jahren 2010 und 2011 hält der Fachbereich das hohe Niveau seiner

Forschungsarbeit im Bereich anwendungsorientierter Forschung und

Grundlagenforschung: In 2010 wurden Drittmittel in Höhe von 4,3 Mio € eingeworben, in

2011 Drittmittel in Höhe von 5,7 Mio €.

4


Übersicht über die Arbeitsgruppen und ihre Forschungsgebiete:

Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen

Experimentalphysik

Prof. Dr. Martin Aeschlimann

Grundlagen der Quantenphysik

Theoretische Physik

Prof. Dr. James Anglin

Ultraschnelle Photonik und THz-Physik

Experimentalphysik

Prof. Dr. René Beigang

Lasermesstechnik

Experimentalphysik

Prof. Dr. Klaas Bergmann

Biophysik und Kurzzeitspektroskopie

Experimentalphysik

Prof. Dr. Rolf Diller

Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme

Theoretische Physik

Prof. Dr. Sebastian Eggert

Theoretische Quantenoptik

Theoretische Physik

Prof. Dr. Michael Fleischhauer

Integrierte Optoelektronik und Mikrooptik

Experimentalphysik/Technische Physik

Prof. Dr. Henning Fouckhardt

Optische Technologien und Photonik

Experimentalphysik

Prof. Dr. Georg von Freymann

Magnetismus

Experimentalphysik / Technische Physik

Prof. Dr. Burkard Hillebrands

Didaktik der Physik

Didaktik

Prof. Dr. Jochen Kuhn

5


Theorie der kondensierten Materie

Theoretische Physik

Prof. Dr. Wolfgang Hübner

Theoretische Quantendynamik

Theoretische Physik

apl. Prof. Dr. Hans-Jürgen Korsch

Physik und Technologie der Nanostrukturen

Experimentalphysik

Prof. Dr. Egbert Oesterschulze

Ultrakalte Quantengase und Quantenatomoptik

Experimentalphysik

Prof. Dr. Herwig Ott

Ultrakurzzeitphysik laserangeregter Festkörper

Angewandte Theoretische Physik

Dr. Bärbel Rethfeld

Theoretische Halbleiteroptik und Quantenelektronik

Theoretische Physik

Prof. Dr. Hans Christian Schneider

Biophysik und Medizinische Physik

Experimentalphysik

Prof. Dr. Volker Schünemann

Theorie der stark korrelierten Quantensysteme

Theoretische Physik

Jun.-Prof. Dr. Jesko Sirker

Computersimulation und Materialwissenschaften

Technische Physik / Computersimulation

Prof. Dr. Herbert M. Urbassek

Quantenphysik einzelner Atome und ultrakalter Quantengase

Experimentalphysik

Prof. Dr. Artur Widera

Grenzflächen, Nanomaterialien und Biophysik

Technische Physik

Prof. Dr. Christiane Ziegler

6


AG Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen

Experimentalphysik

Prof. Dr. Martin Aeschlimann

Forschungsgebiete

Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe Aeschlimann steht die

lasergestützte Grundlagenforschung. Der wichtigste Teilbereich ist die Untersuchung der

Dynamik von Elementarprozessen an Oberflächen, metallischen dünnen Schichten und

Nanopartikeln nach einer Laseranregung. Die Expertise liegt primär in der Anwendung

von ultrakurzen Laserpulsen im sichtbaren und im weichen Röntgen-Bereich. Dazu wird

schwerpunktsmäßig die Technik der zeitaufgelösten Photoemission in verschiedenen

Modifikationen angewendet. Forschungsschwerpunkte liegen derzeit in:

� Spin- und zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie an Metall-Organik Hybridstrukturen.

Ziel dieses Projektes ist die Bestimmung der Spininjektionseffizienz sowie

der relevanten spinabhängigen Relaxationsmechanismen in Molekularorbitalen von

organischen Halbleitern. Diese Untersuchungen sollen die Frage beantworten, ob

organische Moleküle ideale Kandidaten für Anwendungen auf dem Gebiet der Spintronik

darstellen.

� Zeitaufgelöste Photoelektronen-Spektroskopie mit ultrakurzen Röntgenimpulsen.

Unser Ziel ist die Herstellung von monochromatischen weichen Röntgenpulsen (< 100eV)

im fs-Bereich. Damit soll Röntgenspektroskopie (UPS und ARPES) mit einer Zeitauflösung

betrieben werden, die es ermöglicht, den detaillierten Ablauf chemischer Reaktionen an

Oberflächen zu verfolgen.

� Untersuchung organischer Ladungstransfer-Salze mittels Photoemission. Bestandteil

dieses TR49-Projekts ist die Bestimmung der Bandstrukturen organischer

Ladungstransfer-Salze. Dies beinhaltet auf der einen Seite die Untersuchung der

Bandstruktur und auf der anderen Seite die Untersuchung der Dynamik der

Phasenübergänge in diesen stark korrelierten Systemen.

� Ultraschnelle Nanooptik. Ultraschnelle Nanooptik ist ein neuer Forschungsbereich, der

die Nanooptik und die Ultrakurzzeitspektroskopie miteinander vereint. Ziel ist es,

elektromagnetische Anregungen in metallischen Nanostrukturen und

Nanohybridstrukturen zu untersuchen und die resultierenden Nahfelder auf

Nanometerlängenskala sowie auf Femtosekundenzeitskala zu kontrollieren.

� Nichtthermische Änderung der Magnetisierung, induziert durch intensive ultrakurze

Laserpulse. Unser primäres Interesse gilt dem Einfluß der magnetischen

Austauschwechselwirkung und der Spin-Bahnwechselwirkung auf die Dynamik von

laserinduzierten Änderungen der magnetischen Ordnung. Als Methoden werden die zeit-

und spinaufgelöste Photoemissionstechnik und zeitaufgelöster magnetooptischer Kerr-

Effekt eingesetzt.

7


� Ultraschnelle und element-spezifische Magnetisierungsdynamik in komplexen

Compounds und Multilagen. Element-spezifische ultraschnelle Magnetisierungsdynamik

in komplexen Materialen wird mit mit Magnetooptik im extrem ultravioletten und

weichen Röntgenbereich mittels “table-top” Hohe-Harmonischen Generation erzeugter

ultrakurzer Pulse und Synchrotron untersucht. Ultrahohe Zeitauflösung ermöglicht uns

hier erstmals die magnetische Kopplung und Dynamik auf der Zeitskala der

Austauschenergie (≈10- 100 fs) zu erforschen. Dieses Forschungsgebiet war bisher

experimentell nicht zugänglich, und erste Experimente in diesem Feld sind gerade

gestartet.

� Charakterisierung von neuen Materialien mit hoher Spinpolarisation. In

Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen aus Mainz und Japan untersuchen wir

Heuslerlegierungen hinsichtlich ihrer Anwendung als Spininjektor in Spintronik-

Bauteilen.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Wissenschaftliche Mitarbeiter

Dr. Mirko Cinchetti Akademischer Oberrat

Dr. Daniela Bayer PostDoc/DFG seit 09/11

Dr. Stefan Mathias PostDoc/EU (Marie Curie) seit 04/10

Dr. Indranil Sarkar PostDoc/DFG seit 04/09

Dr. Tobias Roth PostDoc/DFG 06/11 bis 11/11

Dr. Jan-Peter Wüstenberg PostDoc/DFG 06/11 bis 10/11

Dr. Jia Wei PostDoc/Zeiss Stipendium 08/09 bis 07/11

Doktoranden

Dipl.-Phys. Martin Rohmer WM/DFG 05/04 bis 06/10

Dipl.-Phys. Patrik Grychtol WM/BMBF 11/07 bis 06/10

Dipl.-Phys. Daniela Bayer WM/BMBF/DFG 12/04 bis 08/11

Dipl.-Phys. Jan-Peter Wüstenberg WM/DFG 05/05 bis 10/11

Dipl.-Phys. Tobias Roth WM/GRK/DFG 02/06 bis 06/11

Dipl.-Phys. Alexander Haßdenteufel WM/Stipendium FB Physik 07/10 bis 06/11

Dipl.-Phys. Daniel Steil WM/GRK/EU seit 03/07

Dipl.-Phys. Alexander Fischer WM/Stipendium FB Physik/DFG/EU seit 05/07

Dipl.-Phys. Andreas Ruffing WM/Stipendium FB Physik/DFG seit 05/08

Dipl.-Phys. Christian Schneider WM/GRK/EU/DFG seit 07/08

Dipl.-Phys. Sabine Steil WM/Stipendium FB Physik/EU seit 06/09

Dipl.-Phys. Sabine Alebrand WM/EU/DFG seit 08/09

Dipl.-Phys. Pascal Melchior WM/GRK/DFG seit 08/09

Dipl.-Phys. Roman Fetzer WM/DFG seit 06/10

Dipl.-Phys. Oliver Schmitt WM/Stipendium FB Physik seit 05/10

Dipl.-Phys. Kathrin Koffler WM/Stipendium FB Physik 09/10 bis 02/11

Dipl.-Phys. Martin Laux WM/Stipendium FB Physik seit 08/10

Dipl.-Phys. Jobynson Kollamana WM/Stipendium Carl Zeiss seit 10/10

Dipl.-Phys. Tristan Weinland WM/Stipendium FB Physik seit 10/10

Dipl.-Phys. Sebastian Jakobs WM/Stipendium MAINZ seit 11/10

8


Dipl.-Phys. Steffen Eich WM/Stipendium FB Physik seit 01/11

Ldo. Cristian González WM/Stipendium Carl Zeiss seit 03/11

Dipl.-Phys. Nicolas Großmann WM/Stipendium FB Physik seit 04/11

Dipl.-Phys. Martin Wiesenmayer WM/DFG seit 07/11

Dipl.-Phys. Martin Piecuch WM/Stipendium FB Physik seit 09/11

Dipl.-Phys. Jurij Urbancic WM/Stipendium FB Physik seit 10/11

M.Sc. Philip Thielen WM/Stipendium FB Physik seit 12/11

Diplomanden

Roman Fetzer 04/09 bis 04/10

Alexander Haßdenteufel 04/09 bis 07/10

Oliver Schmitt 04/09 bis 04/10

Kathrin Koffler 06/09 bis 05/10

Felix Jünger 07/09 bis 07/10

Martin Laux 07/09 bis 07/10

Marianne Bader 08/09 bis 07/10

Sebastian Jakobs 09/09 bis 10/10

Steffen Eich 09/09 bis 11/10

Lebhardt, Philipp 12/09 bis 01/11

Patrick Haak 02/10 bis 12/10

Nicolas Großmann 03/10 bis 04/11

Patrick Granitzka seit 10/10

Norman Haag seit 03/11

Marcel Lösch seit 04/11

Staatsexamen

Julia Demokritova 10/09 bis 05/10

Technischer Mitarbeiter

Harry Sept

Sekretariat

Anna Mihanovic

Gäste

Prof. Dr. Dongmei Niu, Central South University, Changsa, Hunan, PR China

25.08.-09.09.2011

Dr. Si Xiao, Central South University, Changsa, Hunan, PR China

25.08.-09.09.2011

Prof. Dr. Oliver Monti, Dep. of Chemistry, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA

10.07.-06.08.2011

9


Dr. Mirko Prezioso, Institute of Nanostructured Materials (Istituto di Materiali

Nanostrutturati-ISMN-CNR),Bologna

16. - 20.05.2011

Prof. Stéphane Mangin, Prof. Michel Hehn, Matthias Gottwald, LPM Nancy-Université,

Nancy, France

01.02.2011 / 13.05.2011 / 07.07.2010

Dr. Tobias Kiessling, Lehrstuhl für Experimentelle Physik III (Prof. Molenkamp),

Universität Würzburg

08.03.-10.03.2011

Adra Victoria Carr, Gruppe Prof. Dr. Murnane/Prof. Dr. Kapteyn, JILA and Department of

Physics, University of Colorado, Boulder, USA

27.11.-11.12.2010

Prof. Dr. Donglai Feng, Fudan University, Department of Physics, Shanghai, China

22.-27.04.2010

Dr. Denys Makarov, Christian Schubert, Surface and Interface Physics (AG Albrecht), TU

Chemnitz

15.06.-16.06.2010

Drittmittelprojekte

1. Graduiertenkolleg 792 „Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik“

DFG, GRK-792/3, 10/2006 – 03/2011

2. Characterization of the surface electronic, magnetic and dynamical properties of

new materials with high spin polarization

DFG Forschergruppe 559 “Neue Materialien mit hoher Spinpolarisation”

DFG, Förderkennzeichen AE 19/6-3, 07/2007 – 06/2010

3. Spinstrominduzierte Schaltprozesse und direkte opt. Anregung des magnetischen

Systemen durch den inversen Faradayeffekt

BMBF, Förderkennzeichen 05KS7UK1, 07/2007 – 06/2010

mit C. Schneider, Forschungszentrum Jülich

4. Photoemission spectroscopy and femtosecond dynamics in organic charge-transfer

salts

DFG, SFB/Transregio 49, Teilprojekt B08, 07/2007 – 12/2011

5. Schwerpunktprogramm „Ultrafast Nanooptics“, Thema: “Simultaneous spatial and

temporal control of the local excitation of a nanostructure using polarizationshaped

laser pulses“

DFG, Förderkennzeichen AE 19/18-1, Förderzeitraum 06/2009 - 07/2012

mit T. Brixner, Universität Würzburg und W. Pfeiffer, Universität Bielefeld

6. Doktorandenprogramm OPTIMAS „Zeitaufgelöstes ARPES: Abbildung von

Femtosekunden-Bandstrukturen“, Postdoktorandenstipendium Frau Jia Wei

Carl Zeiss Stiftung, Förderzeitraum 08/2009 – 07/2011

10


7. Landesforschungszentrum OPTIMAS, Verbrückendes Doktorandenprogramm

2009 – 2013

8. Schwerpunktprogramm „Ultrafast Nanooptics“, Thema: “Comparative studies of

plasmonic transport in metal nanostructures on a femtosecond time-scale by

means of time and polarization resolved SNOM and PEEM“

DFG, Förderkennzeichen OE 220/9-1, Förderzeitraum 07/2009 – 08/2012

mit E. Oesterschulze, TU Kaiserslautern

9. Schwerpunktprogramm „Ultrafast Nanooptics“, KOORDINIERUNGSARBEITEN

DFG, Förderkennzeichen AE 19/19-1, Förderzeitraum 06/2009 - 07/2012

mit W. Pfeiffer, Universität Bielefeld

10. „UltraMagnetron“, Ultrafast All-Optical Magnetization Reversal for Magnetic

Recording and Laser-Controlled Spintronics (NMP3-SL-2008-214469)

EU, Förderzeitraum 12/2008 – 11/2011

11. Forschergruppe ASPIMATT, “Advanced spintronic materials and transport

phenomena”

DFG, Teilprojekt 1.5B “Direct measurement of spin-injection efficiency and

dynamics in model systems for advanced Heusler-based spintronics devices”

Förderkennzeichen Ci157/1-1, Förderzeitraum 2010 – 2012

12. “X-ray pump-probe” (FP7-People-2009-IOF), (Proposal no. 253316)

EU, Förderzeitraum 20102011

13. “HINTS” (NMP3-SL-2011-263104)

EU, Förderzeitraum 06/2011 – 05/2014

gemeinsames Projekt mit C. Ziegler, TU Kaiserslautern

14. „Spektroskopie und Elektronendynamik von mehrkernigen Lanthanoidkomplexen“

DFG, SFB 88 „3MET“, Teilprojekt C05

Förderzeitraum: 2011

Kooperationen

Während des Berichtzeitraums bestanden Kooperationen mit folgenden auswärtigen

Arbeitsgruppen:

Ando Prof. Dr. Yasuo Tohoku University, Sendai, Japan (Forschergruppe

559)

Bauer Prof. Dr. Michael Universität Kiel

Berndt Prof. Dr. Richard Universität Kiel

Brixner Prof. Dr. Tobias Universität Würzburg

Dediu Dr. Valentin Institute for Nanostructured Materials (ISMN-Bo),

Bologna, Italien

Dürr Dr. H. BESSY, Berlin

Echenique Prof. Dr. P. Universidad del Pais Vasco, Spanien

Gao Prof. Dr. Y. University of Rochester (NY), USA

Gauyacq Prof. Dr. J.P. Universität Orsay, Frankreich

11


Hövel Dr. H. Universität Dortmund

Kapteyn Prof. Dr. Henry JILA, University of Colorado at Boulder and NIST, USA

Koopmans Prof. Dr. Bert Eindhoven University of Technology, Niederlande

Kuch Prof. Dr. Wolfgang Freie Universität Berlin

Murnane Prof. Dr. Margaret JILA, University of Colorado at Boulder and NIST, USA

Nolting Dr. F. Paul Scherrer Institute, Swiss Light Source, Schweiz

Osterwalder Prof. Dr. J. Physik-Institut, Universität Zürich, Schweiz

Pfeiffer Dr. W. Universität Bielefeld

Quintmann Dr. C. Paul Scherrer Institute, Swiss Light Source, Schweiz

Rasing Prof. Dr. Theo Radboud University Nijmegen, Niederlande

Schneider Prof. Dr. Claus Forschungszentrum Jülich

Schönhense Prof. Dr. G. Universität Mainz

Wu Prof. Dr. M.W. Department of Physics, University of Science and

Technology of China, Hefei, P.R. China

Dissertationen

Wüstenberg, Jan-Peter

(Februar 2011)

Roth, Tobias

(Juni 2011)

Bayer, Daniela

(August 2011)

Diplomarbeiten

Fetzer, Roman

(April 2010)

Schmitt, Oliver

(April 2010)

Koffler, Kathrin

(Mai 2010)

Haßdenteufel,

Alexander

(Juli 2010)

Jünger, Felix

(Juli 2010)

Spin dependent Properties of Spintronics Interfaces with Cobased

Heusler Alloys

The Phenomenon of Laser-Induced Femtosecond

Magnetism: Experimental Studies by means of the Time-

Resolved Magneto-Optical Kerr-Effect and Theoretical

Modelling of Electron, Phonon, and Spin Dynamics

Wechselwirkung plasmonischer Nanostrukturen

Spin-Eigenschaften der freien Oberfläche von Cobalt-basierten

Heusler-Verbindungen

Magnetisierungsdynamik im Femtosekundenbereich unter

Ausnutzung des magnetooptischen Kerr-Effektes

Untersuchung von Spininjektion und Spintransport im organischen

Halbleiter Kupferphthalocyanin durch spinaufgelöste Zwei-

Photonen-Photoemission

Untersuchungen rein optisch induzierter

Ummagnetisierungsvorgänge in amorphen Ferrimagnetika

Charakterisierung von ultradünnen Cobaltfilmen auf Cu(001) als

Grundlage für die Herstellung von Quantum Well-Systemen

12


Laux, Martin

(Juli 2010)

Bader, Marianne

(Juli 2010)

Jakobs, Sebastian

(Oktober 2010)

Eich, Steffen

(November 2010)

Haak, Patrick

(Dezember 2010)

Lebhardt, Philipp

(Januar 2011)

Großmann, Nicolas

(April 2011)

Staatsexamensarbeit

Demokritova, Julia

(Mai 2010)

Veröffentlichungen

Untersuchung von Ladungstransferkomplexen mittels zeit- und

winkelaufgelöster Ein- und Zwei-Photonen-Photoemission

Untersuchung der Adsorbatdynamik von Alkali/CU(111)-Systemen

mit phasenmodulierten ultrakurzen Laserpulsen

Elektronen- und Spindynamik im Quantentopfsystem Wismut auf

Cu(111)

Gepulste XUV-Lichtquellen zur Untersuchung ultraschneller

Dynamik in Festkörpern. XUV-Photoemission und XUV-Kerr-Effekt

Ultraschnelle Spin- und Elektronendynamik in Ferromagneten

SNOM-Messungen an plasmonischen Nanostrukturen – Facts &

Artefacts

Spin- und zeitaufgelöste Untersuchung der Alq3/Cobalt-

Grenzfläche

Photoelektronenspektroskopie an Ladungstransferkomplexen

Zeitschriftenartikel

1.) Coherent Two-Dimensional Nanoscopy

M. Aeschlimann, T. Brixner, A. Fischer, C. Kramer, P. Melchior, W. Pfeiffer, C.

Schneider, C. Strüber, P. Tuchscherer, D. V. Voronine;

Science 333, 1723-1726 (2011)

2.) Investigation of the spin-dependent properties of electron doped cobalt–CuPc

interfaces

S. Steil, K. Goedel, A. Ruffing, I. Sarkar, M. Cinchetti, M. Aeschlimann;

Synthetic Metals 161, 570–574 (2011)

3.) Optical near-field interference in the excitation of a bowtie nanoantenna

P. Melchior, D. Bayer, C. Schneider, A. Fischer, M. Rohmer, W. Pfeiffer, M.

Aeschlimann;

Phys. Rev. B 83, 235407 (2011)

4.) Ultrafast magnetization dynamics in the half-metallic Heusler alloy Co2Cr0.6Fe0.4Al

J. -P. Wüstenberg, D. Steil, S. Alebrand, T. Roth, M. Aeschlimann, M. Cinchetti;

Phys. Status Solidi B 248 (10), 2330–2337 (2011)

13


5.) Collapse of long-range charge order tracked by time-resolved photoemission at high

momenta

T. Rohwer, S. Hellmann, M. Wiesenmayer, C. Sohrt, A. Stange, B. Slomski, A. Carr, Y.

Liu, L. Miaja Avila, M. Kalläne, S. Mathias, L. Kipp, K. Rossnagel, M. Bauer;

Nature 471, 490-493 (2011)

6.) Magnetostatic coupling of 90° domain walls in Fe19Ni81/Cu/Co trilayers

J. Kurde, J. Miguel, D. Bayer, J. Sánchez-Barriga, F. Kronast, M. Aeschlimann, H. A.

Dürr, W. Kuch;

New J. Phys. 13, 033015 (2011)

7.) Indirect Magnetic Coupling of Manganese Porphyrin to a Ferromagnetic Cobalt

Substrate

D. Chylarecka, T. K. Kim, K. Tarafder, K. Müller, K. Gödel, I. Czekaj, C. Wäckerlin, M.

Cinchetti, Md. E. Ali, C. Piamonteze, F. Schmitt, J. -P. Wüstenberg, C. Ziegler, F.

Nolting, M. Aeschlimann, P. M. Oppeneer, N. Ballav, T. A. Jung;

J. Phys. Chem. C 115, 1295-1301 (2011)

8.) Evaporation temperature-tuned physical vapor deposition growth engineering of

one-dimensional non-Fermi liquid tetrathiofulvalene tetracyanoquinodimethane thin

films

I. Sarkar, M. Laux, J. Demokritova, A. Ruffing, S. Mathias, J. Wei, V. Solovyeva,

M. Rudloff, S. S. Naghavi, C. Felser, M. Huth, M. Aeschlimann;

Appl. Phys. Lett. 97, 111906 (2010)

9.) Probing adsorbate dynamics with chirped laser pulses in a single-pulse scheme

F. Steeb, S. Mathias, M. Wiesenmayer, A. Fischer, M. Aeschlimann, M. Bauer,

J.P. Gauyacq;

Phys. Rev. B 82, 165430 (2010)

10.) Band structure dependence of hot-electron lifetimes in a Pb/Cu(111) quantum-well

system

S. Mathias, A. Ruffing, F. Deicke, M. Wiesenmayer, M. Aeschlimann, M. Bauer;

Phys. Rev. B 81, 155429 (2010)

11.) Spectroscopy and population decay of a van der Waals gap state in layered TiSe2

M. Wiesenmayer, S. Hilgenfeldt, S. Mathias, F. Steeb, T. Rohwer, M. Bauer;

Phys. Rev. B 82, 035422 (2010)

12.) Tailoring the spin functionality of a hybrid metal-organic interface by means of alkali

metal doping

M. Cinchetti, S. Neuschwander, A. Fischer, A. Ruffing, S. Mathias, J.-P. Wüstenberg,

M. Aeschlimann;

Phys. Rev. Lett. 104, 217602 (2010)

13.) Time-resolved photoelectron nano-spectroscopy of individual silver particles:

perspectives and limitations

M. Rohmer, M. Bauer, T. Leissner, Ch. Schneider, A. Fischer, G. Niedner-Schatteburg,

B. v. Issendorff, M. Aeschlimann

Phys. Status Solidi B 247 (5), 1132–1138 (2010)

14


14.) Spatiotemporal control of nanooptical excitations

Martin Aeschlimann, Michael Bauer, Daniela Bayer, Tobias Brixner, Stefan Cunovic,

Frank Dimler, Alexander Fischer, Walter Pfeiffer, Martin Rohmer, Christian Schneider,

Felix Steeb, Christian Strüber, Dmitri V. Voronine

PNAS 107 (12), 5329-5333 (2010)

15.) Quantum-Well-Induced Giant Spin-Orbit Splitting

S. Mathias, A. Ruffing, F. Deicke, M. Wiesenmayer, I. Sarkar, G. Bihlmayer, E.

Chulkov, Yu. M. Koroteev, P. M. Echenique, M. Bauer, M. Aeschlimann

Phys. Rev. Lett. 104, 066802 (2010)

16.) Explaining the paradoxical diversity of ultrafast laser-induced demagnetization

B. Koopmans, G. Malinowski, F. Dalla Longa, D. Steiauf, M. Fähnle, T. Roth,

M. Cinchetti, M. Aeschlimann

Nature Materials 9 (3), 259-256 (2010)

17.) Fabrication and Characterization of Coaxial Scanning Nearfield Optical Microscopy

Cantilever Sensors

M. Salomo, D. Bayer, B. R. Schaaf, M. Aeschlimann, E. Oesterschulze

Microelectronic Engineering 87, 1537-1539 (2010)

18.) Time- and Energy resolved photoemission electron microscopy-imaging of

photoelectron time-of-flight analysis by means of pulsed excitations

A. Oelsner, M. Rohmer, C. Schneider, D. Bayer, G. Schoenhense, M. Aeschlimann

J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom., 178-179, 317-330 (2010)

Konferenz-Proceedings

1.) Spin properties of interfaces with organic semiconductors studied by spin- and timeresolved

two-photon photoemission

Mirko Cinchetti, Kathrin Koffler, Sabine Steil, Nicolas Großmann, Martin

Aeschlimann

Proc. SPIE 7937, 79370M (2011)

2.) Probing And Imaging of Optical Antennas with PEEM

P. Melchior, M. Aeschlimann

AIP Conference Proceedings, 1398, 9-13 (2011), Fourth International Workshop on

Theoretical and Computational Nanophotonics: Tacona-photonics 2011 Bad Honnef,

Germany, 26-28 October 2011

Buchbeiträge

1.) Time-Resolved Photoelectron Spectroscopy at Surfaces Using Femtosecond XUV

Pulses

S. Mathias, M. Bauer, M. Aeschlimann, L. Miaja-Avila, H.C. Kapteyn, M.M. Murnane

in “Dynamics at Solid State Surfaces and Interfaces Vol.1: Current Developments”,

p. 501, edited by U. Bovensiepen, H. Petek, and M. Wolf, WILEY-VCH, Weinheim

(2010)

15


2.) Simultaneous Spatial and Temporal Control of Nanooptical Fields

W. Pfeiffer and M. Aeschlimann

in “Dynamics at Solid State Surfaces and Interfaces Vol.1: Current Developments”,

p. 555, edited by U. Bovensiepen, H. Petek, and M. Wolf, WILEY-VCH, Weinheim

(2010)

3.) Two-Photon Photoemission of Plasmonic Nanostructures with High Temporal and

Lateral Resolution

M. Bauer, D. Bayer, C. Wiemann, M. Aeschlimann

in "Nonlinear Dynamics of Nanosystems", p. 407, edited by G. Radons, B. Rumpf,

and H.G. Schuster, WILEY-VCH, Weinheim (2010)

Konferenzen, Kolloquien und Seminare

Workshop-Leitung

1. SPP 1391, “2nd International Workshop on Ultrafast Nanooptics“ (UNO-2),

Bad Dürkheim, 27.-30.06.2010

2. SPP 1391 Ultrafast Nanooptics, Annual SPP Meeting 2011,

Bad Honnef, 8.-10.06.2011

Eingeladene Konferenzbeiträge

Vortragender: Martin Aeschlimann

1. Ultrafast decoupling of magnetization dynamics in an alloy

Workshop "X-Ray View of Ultrafast Dynamics in Solids", Berlin, BESSY II Adlershof,

29.-30.11.2011

2. Probing and imaging of optical antennas with PEEM

TaCoNa-Photonics 2011, Bad Honnef, 26.-28.10.2011

3. Spektroskopie und Elektronendynamik von mehrkernigen Lanthanoidkomplexen

1. 3MET Workshop, Bad Bergzabern, 16.-17.10.2011

4. Femtosecond Spectroscopy

Annual Meeting of ASPIMATT JST-DFG Research Unit, Kaiserslautern, Villa Denis

26.08.2011

5. Ultrafast Optical Control of Magnetism at the Nanoscale

ElePSI, Bad Staffelstein, Kloster Banz, 29.05.-01.06.2011

6. Organic spintronics and the great potential of ferromagnetic metal-organic

interfaces

DPG Frühjahrstagung, Dresden, 13.-18.03.2011

7. Ultrafast optical control of magnetism at the nanoscale

Symposium für Mikrostrukturphysik, MPI Halle, 1. Dezember 2010

8. Characterization of the spin dependent properties of organic semiconductors for

organic spintronics

16


Fourth International Conference on Electroactive Polymers: Materials & Devices

(ICEP-2010), Surajkund, India, 21.-26.11.2010

9. Determining and tailoring the spin functionality of hybrid organic-inorganic

interfaces for spintronics

55 th MMM Conference, Atlanta, Georgia, USA, 14.-18. November 2010

10. Lifetime of optically excited electrons

Passion for knowledge – Celebrating 10 years of the DIPC, San Sebastian, Spanien,

27.-30.09.2010

11. Zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie

AOFA, 16. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik, IFOS Kaiserslautern,

27.09.2010

12. Spin-dependent dynamics of carriers injected across interfaces with organic

semiconductors

7 th International Symposium on Ultrafast Surface Dynamics (USD7), Brijuni Islands,

Croatia, 22.-26.08.2010

13. Spin relaxation at inorganic and organic hybrid interfaces

International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in

Semiconductors (NOEKS10), Paderborn, 16.-19.08.2010

14. TR-Photoemission Electron Microscopy - Nanoscale Spectroscopy with

Femtosecond Resolution

Fundamentals of Laser Assisted Micro- & Nanotechnologies (FLAMN-10), St.

Petersburg, Russia, 05.-08.07.2010

15. Spatiotemporal Near-field Control in Nanostructures

OSA: Photonic Metamaterials and Plasmonics (META) Topical Meeting, Tucson,

Arizona, USA, 07.-09.06.2010

16. Spin injection and transport in ferromagnet/organic semiconductor

heterojunctions

Trends in Spintronics and Nanomagnetism (TSN-2010), Lecce, Italien, 23.-

27.05.2010

17. Angle-resolved photoemission spectroscopy study on thin films of quasi onedimensional

organic conductor tetrathiofulvalene tetracyanoquinodimethane (TTF-

TCNQ) (Poster)

Internationale Konferenz SFB/TRR 49, Berlin Harnack-Haus, 02.-04.03.2010

18. Linewidth versus real time measurements

International Workshop and Winter School: Photoemission, Dijon, France,

22.02.2010

Vortragender: Mirko Cinchetti

1. Microscopic understanding of spin-injection across hybrid organic-inorganic

interfaces

International workshop on carbon-based spintronics, MPI für Physik komplexer

Systeme, Dresden, 24-28 October 2011

17


2. Ultrafast magnetization dynamics in 3d-ferromagnets and half-metallic Heusler

compounds

Workshop: “Magnetization dynamics in the light of pulsed X-ray sources: from

storage rings to X-FELs”, Synchrotron SOLEIL, Saint Aubin, France, June 28th-29th

2011

3. Spin filtering effect of ferromagnetic metal-organic interfaces

Workshop “Functional Metalorganics – Magnetism, structure, transport“, Uppsala

University, 30th May 2011

4. Spin filtering effect of ferromagnetic metal-organic interfaces

APS March Meeting 2011, Session H16: Spins in Carbon-Based Materials – Spin

Valves and Interfaces, Dallas (USA), March 2011

5. Spin dynamics of carriers injected across interfaces with organic semiconductors

SPIE Photonics West 2011, Conference 7937: Ultrafast Phenomena in

Semiconductors and Nanostructure Materials XV, San Francisco, January 2011

6. Ultrafast magnetization dynamics in 3d-ferromagnets and half-metallic Heusler

alloys

SEPnet Workshop, London, 13-14 September 2010

7. Spin properties of organic semiconductors studied by spin- and time-resolved twophoton

photoemission

DPG Tagung, Regensburg, 25.03.2010

Vortragender: Stefan Mathias

1. Ultrafast photo-induced phase transitions in TiSe2 and a BEDT-TTF based

compound

SFB/TR 49 Symposium, Alzey, Germany, 09/2011

2. Capturing Dynamics in Materials and Molecules using Coherent X-Rays

Symposium on Attoscience and Ultrafast Quantum Control, London, 09/2011

3. Magneto-optical Kerr effect using femtosecond XUV pulses

ASPIMATT Annual Meeting JST-DFG Research Unit, Dirmstein, Germany 08/2011

4. High-Harmonic Generation Lightsources in Ultrafast Material Science

Summerschool Quantum Properties in Anomalous Metals and Correlated Systems,

Venice, Italy, 06/2011

Sonstige Konferenzbeiträge

11 Beiträge: DPG Frühjahrstagung, Dresden, 13.-18.03.2011

2 Beiträge: Summer School “Quantum Properties in Anomolous Metals“

Venice, May 29 - June 3, 2011

1 Beitrag: Summer School “Energy Dissipation at Surfaces: From Methods to

Understanding”, Waldbreitbach, 25.-29.07.2011

18


1 Beitrag: Student Seminar Materials in Science in Mainz, Stuetzelvilla in

Windischeschenbach, 13.-16.08.2011

1 Beitrag: "Advanced DPG-School on Physics" Nanoantennas and Hybrid Quantum

Systems, Physikzentrum Bad Honnef, 25.-30. September 2011

1 Beitrag: Workshop on Novel Trends in Optics and Magnetism of Nanostructures

Augustów, Poland, 02.-07.07.2011

2 Beiträge: MORIS 2011 (Magnetics and Optics Research International Symposium

2011)

Nijmegen, 21. - 24.06.2011

1 Beitrag: PSI Summerschool 2011, Zug (Schweiz), 13-22.08.2011

3 Beiträge: MMM conference 2011, Scottsdale (Arizona), 30.10.11-04.11.11

1 Beitrag: 15. Deutsche Physikerinnentagung, Universität des Saarlandes,

Saarbrücken

03.11.-06.11.2011

1 Beitrag: 3MET-Treffen, Bad Bergzabern, 16.10.-18.10.2011

1 Beitrag: SFB Students Seminar in Worms, 23.02.2011

1 Beitrag: SFB Students Seminar in Riezlern (Austria), 25.07.2011

13 Beiträge: DPG-Frühjahrstagung, Regensburg, 22.-26.03.2010

1 Beitrag: 7th Symposium on Ultrafast Surface Dynamics USD 7, Brijuni Islands,

Croatia

22.-26.08.2010

1 Beitrag: SPINOS III, Amsterdam, Niederlande, 31.08.-03.09.2010

1 Beitrag: International Workshop: Energy dissipation at surfaces SFB 616, Kloster

Schöntal, 5.-8.09.2010

5 Beiträge: GRK Kompaktseminar, Münchweiler/Alsenz, 18.-19.03.2010

1 Beitrag: SPP 1391, “2nd International Workshop on Ultrafast Nanooptics“ (UNO-2),

Bad Dürkheim, 27.-30.06.2010

1 Beitrag: Ultrafast Nanooptics SPP 1391 Doktorandenseminar,

Sehlendorf, 20.-24.09.2010

1 Beitrag: AOFA 16, IFOS Kaiserslautern, 27.-29.09.2010

1 Beitrag: Projekttreffen Ultramagnetron, Würzburg, April 2010

Eingeladene Seminarvorträge und Kolloquien

Martin Aeschlimann

1. Time- and angle-resolved photoemission spectroscopy using a femtosecond highharmonic

light-source

Berlin, BESSY II Adlershof, 18.10.2011

19


2. Physikalisches Kolloquium, Johannes Gutenberg Universität Mainz, 17.05.2011

3. Simultaneous Spatial and Temporal Control of Nanooptical Fields

Physikalisches Kolloquium, TU Chemnitz, 19.01.2011

4. Simultane räumliche und zeitliche Steuerung von nanooptischen Feldern

Physikalisches Kolloquium, TU Ilmenau, 07.12.2010

5. Quantum-Well-Induced Giant Spin-Orbit Splitting

MPI Stuttgart (eingeladen von Dr. C. Ast), 05.05.2010

6. Simultane räumliche und zeitliche Steuerung von nanooptischen Feldern

Physikalisches Kolloquium, Universität Frankfurt, 13.01.2010

Mirko Cinchetti

1. Organic spintronics: the potential of hybrid interfaces

Group seminar, Uwe Bovensiepen Group, University Duisburg-Essen

Physics Department, 7th September 2011

2. Spin filtering effect of ferromagnetic metal-organic interfaces

Group seminar, Alan Drew Group at Queen Mary University of London, London, UK,

5th July 2011

3. Spin filtering effect of ferromagnetic metal-organic interfaces

EP7 Lehrstuhl-Seminar WS 2010/20110, Würzburg University, 4th April 2011

4. The role of spin-orbit coupling for laser-induced ultrafast demagnetization

Internal Seminar, Murnane & Kapteyn group, JILA, University of Colorado, Boulder,

Colorado (USA), January 2011

5. Characterization of the spin properties of hybrid ferromegnetic metal-organic

interfaces by spin-resolved two-photon photoemission

SPINOS 2010, Amsterdam, Niederlande, 31.08.-03.09.2010

Stefan Mathias

1. Measuring the timescale of exchange interaction in a ferromagnetic alloy

Fritz-Haber Institut der MPG, Department of Physical Chemistry, Martin Wolf,

12/2011

2. Ultrafast Magnetic and Material Dynamics probed using coherent X-rays

Sincrotrone Trieste, Italy, seminar at Elettra, 07/2011

3. Ultrafast Magnetic and Material Dynamics probed using coherent X-rays

Università Cattolica del Sacro Cuore, Brescia, Italy, talk for the department of

physics, 07/2011

4. Time Resolved Photoemission and Phase-Transition Measurements Using Higher

Harmonics

Forschungszentrum Jülich, Schneider group seminar, 05/2011

20


5. Probing the timescale of the exchange interaction in a ferromagnetic alloy

IEAP Universität Kiel, Bauer group seminar, 05/2011

6. Ultrafast condensed matter physics probed using coherent Xrays

Rijksuniversiteit Groningen, Zernike Institute, talk for the department of physics,

01/2011

7. Ultrafast magnetic and materials dynamics probed using coherent Xrays

ETH Zürich, talk for the department of physics, 12/2010

8. X-ray pump-probe spectroscopies – new tools to study ultrafast phenomena in

condensed matter

JILA, University of Colorado and NIST, Condensed Matter Seminar, 12/2010

9. Ultrafast electron and phonon dynamics in metallic quantum-well systems

University of Texas at Austin, Texas, USA, X.Y. Zhou group seminar, 10/2010

10. Quasiparticle dynamics in quantum-well systems

JILA, University of Colorado and NIST, Jin & Cornell group seminar, 02/2010

Tobias Roth

1. The Phenomenon of Femtosecond Magnetism

Invited lecture, visit research group of Prof. Dr. B. Koopmans, TU Eindhoven,

07/2010

Sonstiges

Daniel Steil

„Alumni-Studierendenpreis Physik 2009“, verliehen auf der Akademischen Jahresfeier

2010

Pascal Melchior

„Nachwuchspreis Physik 2009“ des Fachbereichs Physik, verliehen auf der

Akademischen Jahresfeier 2010

Nicolas Großmann

„Alumni-Studierendenpreis Physik 2010“, verliehen auf der Akademischen Jahresfeier

2011

Sabine Alebrand

2. Preis im Wettbewerb 2010 "Wer schreibt die beste Wissenschaftsreportage?" der TU

Kaiserslautern, Preisverleihung im März 2011

Martin Aeschlimann

Mitglied des “Editorial Board”, New Journal of Physics seit 2009

Sprecher Landesforschungszentrum OPTIMAS seit 2008

Sprecher DFG Schwerpunkt SPP 1391 „Ultrafast Nanooptics“ seit 2008

21


Mitglied im wissenschaftl. Beirat des IFOS Kaiserslautern seit 2003

Dekan, Fachbereich Physik, TU Kaiserslautern 2008-2010

Sprecher DPG Fachverband Oberflächenphysik 2008-2010

DPG Vorstandsratsmitglied 2006-2010

Mirko Cinchetti

Ernennung zum Akademischen Oberrat, Mai 2011

22


AG Grundlagen der Quantenphysik

Theoretische Physik

Prof. Dr. James R. Anglin

Forschungsgebiete

Die Arbeitsgruppe geht der Fragestellung nach, welche Einsichten in die Grundlagen der

Quantenphysik aus modernen Experimenten gewonnen werden können. Im Gegenteil zu

dem, was oft mit diesen Grundlagen gemeint wird, wollten wir reine philosophische

Fragen streng vermeiden und nur ganz konkrete Themen untersuchen. Insbesondere

wird das Thema von Quantenthermodynamik als Hauptziel angenommen, welches alle

Projekte der Gruppe einschließt; insbesondere die Suche nach dem mikroskopischen

und dynamischen Verständnis von Entropie.

Wenn man heute nach diesem mikroskopischen Verständnis der Entropie sucht, findet

man hauptsächlich drei Betrachtungen: offene Systeme, die Rückwirkung von

Quantenfluktuationen und das dynamische Chaos. Man wird auch bei allen drei Themen

feststellen, dass die Diskussion immer um Zeitskalen geht, und zwar insbesondere

immer um die Tatsache, dass sie voneinander sehr unterschiedlich sind. Die Forschung

der Gruppe spaltet sich also in drei Teile auf, die drei Themen von offenen Systemen,

Rückwirkung von Schwankungen beziehungsweise Chaos zu verfolgen. Alle drei Teile

unserer Forschung werden die adiabatische Theorie von Dynamik mit mehreren

Zeitskalen durchaus verwenden.

Quantengase bieten immer gute Gelegenheiten, diese tiefen Fragen konkret und

experimentell zugreifbar zu formulieren. Deswegen bleiben Quantengase die Systeme,

die zuerst betrachtet werden.

Offene Vielteilchen-Quantensysteme

Unter diesem Titel stehen vier unterschiedliche Projekte. Das erste betrachtet den

Wärmetransport durch kalte, dünne Bose-Gase, die sich zwischen zwei Reservoiren mit

unterschiedlichen Temperaturen befinden. Die Reservoirs sind auch dünne Gaswolken,

aber nicht Bose-kondensiert. Der thermische Kontakt zwischen System-Gas und

Reservoirs wird anhand von Stößen unter den Atomen erhalten. Diese Rechnung war die

erste quantenkinetische Untersuchung eines Falls mit Reservoirs unterschiedlicher

Temperaturen. Darin wurde gezeigt, dass der Wärmetransport nach der merkwürdigen

Art der sogenannten internen Konvektion stattfindet, wobei die thermische Fraktion und

das Kondensat nach entgegengesetzten Richtungen durcheinander fließen. Dieses

Ergebnis war auch die erste Erwähnung von interner Konvektion bei dünnen Bose-

Einstein-Kondensaten. Es wurde nach längeren Diskussionen mit den Referees in

Physical Review Letters veröffentlicht.

Das zweite große Projekt mit offenen Systemen sucht jetzt seit Jahren nach einer

erweiterten Mean-Field-Theorie für dünne Bose-Gase, die kohärente und nicht-kohärente

Streuung auf gleiches Niveau stellen würde, in der Form einer nichtlinearen Master-

23


Gleichung für die reduzierte Einzelteilchendichtematrix des Gases. Einige Resultate im

Bereich höherer Temperaturen wurden gefunden, aber die angestrebten Ergebnisse

wurden noch nicht erreicht und keine Artikel wurden geschrieben.

Zwei Diplomarbeiten im Bereich offener Systeme wurden abgeschlossen. Eine Arbeit war

eine Herleitung nach der Chapman-Enskog-Methode von der Theorie von Schallwellen in

Magnonengasen. Die andere war ein Vergleich zwischen der quantenkinetischen Master-

Gleichung und der klassischen Fokker-Planck-Gleichung, im Fall eines einfachen Bose-

Einstein-Kondensats. Beide Arbeiten führten zu Ergebnissen, die zur Publikation reif

sind, aber die zugehörigen Artikel sind noch nicht in geeigneter Form vorbereitet.

Fluktuationen und ihre Rückwirkung

Ein in der Gruppe betrachtetes Beispiel von nicht-trivialen Schwankungen war die

Anregungen eines kalten Bose-Gases um eine stationäre Mean-Field-Lösung, die ein

dunkles Soliton enthalten. Dazu wurden alle Bogoliubov-Lösungen exakt gefunden und

in einem Zeitschriftenartikel bei Physical Review A veröffentlicht. Es sind nur sehr wenige

solche exakten Lösungen überhaupt bisher bekannt und deshalb waren diese Resultate

ein erheblicher Fortschritt.

Das langfristige Projekt der Gruppe über den endlich langsamen BCS-BEC-Übergang, das

mit wechselwirkenden Fermigasen mit schmalen Feshbach-Streuresonanzen zu

realisieren ist, hat zu unerwarteten Problemen mit Divergenzen geführt. Diese wurden

schließlich anhand Renormierung gelöst, aber ihre anspruchsvolle Analyse hat fast zwei

Jahren ohne Veröffentlichungen in Anspruch genommen.

Beim dritten innerhalb der Berichtzeit abgeschlossenen Diplomprojekt ging es auch um

Quantenschwankungen über eine nicht-triviale Hintergrundlösung. Diese

Hintergrundlösung stellt ein hinter einer endlich starken Potenzialbarriere gefangenes

Bose-Kondensat dar. Das Kondensat tunnelt also nach der klassischen Mean-Field-

Näherung einfach langsam durch die Barriere aus. Das Problem war dann, bei diesem

Hintergrund die quantisierten Quasiteilchen-Anregungen zu analysieren. Recht

interessante Resultate wurden gefunden. Das sogenannte ‚Depletion’, Teil der

Anregungen des Kondensates tunneln nicht, weil sie einfach nicht ausreichend Energie

haben, obwohl sie doch höhere angeregte Zustände virtuell besetzen. Schließlich wurde

der echte Depletions-Effekt so verstanden: da die Barriere wegen Tunneln nicht total

reflektiert, erhält sie ein wenig den Charakter eines Schwarzkörpers. Als

quantenmechanischer ‚Hellgraukörper’ emittiert sie damit quasi-thermische

Schallstrahlung zurück im Kondensat — eine nicht-relativistische Version der Hawking-

Strahlung. Diese Resultate konnten noch nicht zur Veröffentlichung vorgelegt werden.

Mikrothermodynamik

Das früher abgeschlossene Projekt über ein sehr einfaches Modell für den

Wärmetransport wurde endlich in Physical Review A veröffentlicht. Weitere Fortschritte in

dieser Richtung wurden dazu gemacht, aber leider noch nicht innerhalb dieser

Berichtzeit vorgelegt. Auch unter dem Titel „Mikrothermodynamik“ wurde ein recht

faszinierendes Modell entdeckt, das entweder einen völlig mikroskopischen

Wärmemotor beschreibt, oder vielleicht eine total neue Motorsorte. Über dieses System

24


wurden einige wissenschaftliche Vorträge gehalten, aber keine Artikel in der Berichtszeit

geschrieben. Das Motormodell entwickelte sich schnell zu einem Hauptthema der

Gruppe.

Zwei Anträge zu Drittmitteln wurden zum Thema Mikrothermodynamik vorgelegt. Das EU-

RT-Netzwerk wurde leider abgelehnt. Der Antrag bei der German-Israeli-Foundation ist

noch unter Begutachtung. Die Gruppe war auch bei der Vorbereitung des CASE-Antrags

ziemlich stark beteiligt.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Doktoranden

Dipl.-Phys. B.M. Breid DFG Graduiertenkolleg/OPTIMAS

Dipl.-Phys. M.P. Strzys Land/DFG Graduiertenkolleg

Dipl.-Phys. P. Walczak Land

Ldo. L. Rico EU Marie-Curie RTN ‘EMALI’

Dipl.-Phys. L. Gilz DFG Graduiertenkolleg (ab 11.09)

Diplomanden

A. Baral, C. Rinder, N. Lauk, C. Leger

Marina Frey

Sekretariat

Drittmittelprojekte

EU Marie-Curie Research Training Network ‘EMALI’, Contract. No. MRTN-CT-2006-035369.

DFG Graduiertenkolleg GRK 792, Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik.

Graduate School of Excellence MAINZ, „Materials Science In Mainz“.

Dissertationen/Staatsexamenarbeiten/Diplomarbeiten

A. Baral hat am 18.02.2010 seine Diplomarbeit “Magnon Sound” abgegeben.

C. Rinder hat am am 18.02.2010 seine Diplomarbeit “Classical Statistical Mechanics of a

Gross-Pitaevskii Equation Yielding BEC” abgegeben.

N. Lauk hat am 26.04.2011 seine Diplomarbeit “Untersuchungen des Tunnelprozesses in

der Bogoliubov-Theorie einer Dimension” abgegeben.

25


Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1.) P.B. Walczak and J.R. Anglin

“Exact Bogoliubov-de Gennes solutions for grey soliton backgrounds”

Physical Review A 84, 013611 (2011).

2.) L. Gilz and J.R. Anglin

“Quantum kinetic theory of collisionless superfluid internal convection”

Physical Review Letters 107, 090601 (2011).

3.) J.R. Anglin

“Particles of light”

Nature (News and Views) 468, 517 (2010).

4.) M.P. Strzys and J.R. Anglin

“Four-mode Bose-Hubbard model with two greatly differing tunneling rates as a

model for the Josephson oscillation of heat”

Physical Review A 81, 043616 (2010).

Eingeladene Vorträge

1.) L. Gilz, Extreme Matter Institute Workshop „Finite-Temperature Non-Equilibrium

Superfluid Systems“, Heidelberg, 20.9.2011.

2.) L. Rico-Perez, International conference „Quantum Engineering of Matter and Light“,

Barcelona, 25.9.2010.

26


AG Ultraschnelle Photonik/THz-Physik

Experimentalphysik

Prof. Dr. René Beigang

Forschungsgebiete:

Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen drei Schwerpunkte der wissenschaftlichen

Arbeiten verfolgt:

Entwicklung und Untersuchung von leistungsstarken Terahertz-Quellen:

Mit Hilfe nichtlinearer optischer Methoden werden gepulste Terahertz-Quellen realisiert.

Dabei werden insbesondere optisch parametrische Prozesse in Lithiumniobat und GaAs

genutzt, um durchstimmbare Terahertz-Strahlung im Frequenzbereich zwischen 100 GHz

und einigen THz zu erzeugen. Die Strahlung wird mit elektro-optischen Methoden

empfindlich in Phase und Amplitude gemessen und so für eine Vielzahl von

Anwendungen einsatzbar gemacht. Zwei neue Quasiphasenanpassungs-Schemata in

periodisch gepoltem Lithiumniobat (PPLN) wurden erfolgreich entworfen und umgesetzt.

Mit dieser Quelle konnte erstmals ein zweidimensionales, abbildendes

Detektionsverfahren von Nanosekunden Terahertz-Impulsen realisiert werden.

Ein Ansatz zur drastischen Preisreduktion von Terahertz-Spektroskopie-Systemen kann

durch den Einsatz von einfachen Multimode-Laserdioden verwirklicht werden. Mit Hilfe

einer Kreuzkorrelationsmethode können Systeme realisiert werden, die prinzipiell

dieselben Messsignale liefern wie Femtosekundenlaser-gepumpte Systeme.

Spektroskopische Messungen, sowie der Einsatz zur Dickenbestimmung von Proben

wurden bereits demonstriert.

Portable Terahertz-Zeitbereichs-Spektrometer wurden weiterentwickelt und

insbesondere für neue Anwendungsfelder optimiert. Zu diesen Anwendungsfeldern

gehören z. B. zeitaufgelöste Untersuchungen in starken Magnetfeldern. Insgesamt

konnten Ausgangsleistung, Messgeschwindigkeit, Systemintegration und

Kosteneffizienz von Zeitbereichs-Terahertz-Systemen weiter deutlich verbessert werden.

Anwendung breitbandiger Terahertz-Quellen für zeitaufgelöste spektroskopische

Untersuchungen:

Ein derartig optimiertes portables Terahertz-Spektroskopiesystem wurde zur

spektroskopischen Untersuchung von Zyklotronresonanzen in p-dotiertem Germanium

eingesetzt. Durch eine neue Hochgeschwindigkeits-Verzögerungsstrecke, die in der

Arbeitsgruppe konzipiert und realisiert wurde, konnten 135 individuelle Terahertz

Spektren in einer Messdauer von nur 900 Millisekunden gemessen werden. Damit war es

möglich während eines einzelnen Impulses des Magentfeldes die zeitliche Entwicklung

der Zyklotronresonanz zu bestimmen.

Des Weiteren wurde ein hochintegriertes Messmoduls zur Terahertz ATR-Spektroskopie

realisiert. Durch den Einsatz einer innovativen Freiform-Optik-Produktion konnte eine

Siliziumoptik gefertigt werden, die zusammen mit fasergekoppelten, miniaturisierten

Terahertz-Antennen verwendet wurde. Die Anwendbarkeit dieses Messkopfes wurde an

einer Vielzahl von Messungen von Flüssigkeiten, Mischungen, Lösungen sowie

27


formbaren Feststoffen demonstriert.

Metamaterialien:

Im Forschungsgebiet der THz-Metamaterialien wurden verschiedene Themenfelder

bearbeitet, die sich u.a. der Konzeption und Herstellung von freistehenden Optiken, der

THz-Nahfeld-Sensorik, der Untersuchung von propagierenden Oberflächen-Polaritonen

auf Meta-Oberflächen sowie der Beschreibung und experimentellen Studie von

Analogien zwischen quanten-optischen und elektromagnetischen Phänomenen in

Metamaterialien widmen. Im Bereich der metamaterial-basierten Optiken wurde eine

Gradienten-Index-Linse entworfen, die die Fokussierung von THz-Strahlung auf

Strahldurchmesser in der Größenordnung einer Wellenlänge erlaubt. Die Operations

Bandbreite der Linse war 300 GHz. Die Linse selbst war nur 120 μm dick, was dünner ist

als die Wellenlänge der fokussierten THz-Strahlung.

Auf dem Gebiet der THz-Nahfeld-Sensorik wurde untersucht, in wieweit Metamaterialien

zum Design hochsensitiver Nahfeld-Sensoren für die THz-Technologie geeignet sind. Es

wurde ein Sensor entworfen, mit Hilfe dessen in Reflexionskonfiguration dünne

Schichten von Silizium in einem Proof-of-Principle-Experiment detektiert werden

konnten. Die Sensitivität bzgl. der Dicke der Siliziumschicht war im Bereich von 12.5 nm,

was weit unter der Wellenlänge von THz-Strahlung bei 1 THz liegt. Zudem konnte der

Sensor dazu verwendet werden, verschiedene Flüssigkeiten anhand der Messung ihres

Brechungsindexes zu unterscheiden. Es konnten sogar die Mischungsverhältnisse

verschiedener Flüssigkeitsgemische bestimmt werden.

Mit dem Ziel der Herstellung interferometrischer Sensoren sollen propagierende, stark

an die Oberfläche eines Metamaterials gebundene Oberflächen-Polaritonen so gesteuert

werden, dass sie die Realisierung von Interferometern für THz-Oberflächen-Polaritonen

erlauben und damit chip-basierte Lösungen für die THz-Technologie liefern. Dazu wurden

verschiedene Designs erarbeitet und die Propagation der Polaritonen auf der

Oberflächenumerisch und teilweise auch experimentell untersucht. In numerischen

Rechnungen konnte verifiziert werden, dass durch geschicktes Design die Oberflächen

Polaritonen bzgl. ihrer räumlichen Propagationseigenschaften und hinsichtlich der

Bindung an die Oberfläche gezielt beeinflusst werden können. Beispielsweise kann man

die Oberflächen-Polaritonen fokussieren oder um eine Kurve leiten.

Bezüglich der Untersuchung von elektromagnetischen Systemen mit Analogien zur

Quantenoptik wurde gezeigt, dass die Kopplung zwischen resonanten Oszillationen in

einem Dielektrikum und plasmonischen Oszillationen in den metallischen Strukturen

eines Metamaterials hybridisierungs-induzierte Transparenz stattfinden kann, in

Analogie zur elektromagnetisch induzierten Transparenz.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe:

Juniorprofessor Dr. Marco Rahm

Dr. Michael Theuer WM bis 12/11

Dipl.-Inf. Sebastian Bachtler WM seit 05/09

Dipl.-Phys. Tristan Weinland WM bis 12/10

Dipl.-Phys. Christian Wiegand WM bis 03/11

Dr.-Ing. Wissem Zouaghi WM seit 04/08

28


Dr. Oliver Paul WM seit 12/10

Dr. Daniel Molter WM seit 10/11

Dr. Frank Ospald WM seit 10/10

Dipl.-Ing. Michael Kolano WM seit 11/10

Dr. Juan Garcia Pomar WM bis 02/11

Doktoranden

Dipl.-Phys. Christoffer Elsen WM/Fh-IPM bis 04/10

Dipl.-Phys. Daniel Molter WM/BMBF bis 10/11

Dipl.-Phys. Oliver Paul WM/GK bis 11/10

Dipl.-Phys. Benjamin Reinhard WM/GK/DFG seit 06/07

Dipl.-Phys. Jens Neu WM/Stip. seit 01/11

Dipl.-Phys. Peter Weis WM seit 01/10

Dipl.-Phys. Frank Ospald WM/ext. bis 10/10

Diplomanden

Soufiene Krimi seit 07/11

Justus Kaiser seit 04/11

Ali Hachimi bis 08/11

Simon Schiwek bis 08/11

Judith Hohmann bis 07/11

Jan Marc Stockschläder bis 06/11

Jan-Martin Rämer bis 05/11

Johannes Sebastian Roth bis 10/10

Michael Kolano bis 10/10

Bernd Krolla bis 10/10

Johannes Scholz bis 08/10

Viktoria Wollrab bis 06/10

Jens Neu bis 06/10

Christoph Robiné bis 03/10

Marc Kannengießer bis 02/10

Technische Mitarbeiter/innen

Jürgen Heiderich

Sekretariat

Ute Rein-Rech

29


Drittmittelprojekte

1. Terahertz-Echtzeitkamera (zweidimensional) für Anwendungen in der

Sicherheitstechnik (TEKZAS) – Teilvorhaben: Asynchrones Sampling mit

Faserlasern,

BMBF-Verbundprojekt, Förderkennzeichen: 13N9470

BMBF 2007 – 2010 € 314.000,

2. Bildgebende THz-Spektroskopie für die Detektion von Fremdkörpern in

Lebensmitteln – Teilvorhaben: THz-System mit 1D-Detektion im EO-Kristall,

BMBF-Verbundprojekt, Förderkennzeichen: 13N9464

BMBF 2007 – 2010 € 247.000,

3. DOTNAC

EU-Projekt 2010 – 2013 € 422.400

4. Terahertz-OPO

Stiftung Innovation RLP

2010 – 2012 € 244.355

5. Nanosekunden Terahertz OPO

Industrie 20102011 € 60.000

6. Schaltbare Metamaterialien

DFG 2010 – 2012 € 177.600

7. Metatune

BMBF 2011 – 2012 € 344.718

Kooperationen

Die Zusammenarbeit mit der Abteilung Terahertz-Messtechnik und Systeme (TMS) wurde

weiter intensiv fortgesetzt und insbesondere auf dem Gebiet innovativer Terahertz-

Systeme verstärkt. Die Fraunhofer-Attract-Gruppe auf dem Gebiet der Metamaterialien

hat sich unter der Leitung von Juniorprofessor Dr. Marco Rahm, der gleichzeitig eine

Nachwuchsgruppe in der Arbeitsgruppe leitet, deutlich vergrößert und die

Zusammenarbeit zwischen der Fraunhofer-Abteilung TMS und der universitären

Arbeitsgruppe weiter intensiviert.

Es besteht weiter eine enge Zusammenarbeit mit Prof. Yuri Avetisyan und Prof.

Khachatur Nerkararyan von der Yerevan State University in Eriwan in Armenien auf dem

Gebiet der THz-Erzeugung mit nichtlinearen Methoden in strukturiertem Lithiumniobat

sowie auf dem Gebiet der Oberflächenplasmonen in periodischen metallischen

Strukturen. Die Zusammenarbeit mit Prof. Kodo Kawase von der Nagoya University in

Nagoya/Japan auf dem Gebiet der THz Optisch parametrischen Oszillatoren wurde

fortgesetzt und in Richtung neuer organischer nichtlinearer Materialien ausgedehnt. Dr.

30


Michael Theuer hat bis Herbst 2010 einen einjährigen Post-Doc-Aufenthalt durchgeführt

und die Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Daniel Grischkowsky weiter

vertieft. Mit Prof. Jean Leotin vom Laboratoire National des Champs Magnétiques

Intenses in Toulouse werden die Experimente zu zeitaufgelösten Messungen in starken

Magnetfeldern fortgesetzt.

Auf dem Gebiet der Metamaterialien arbeitet Jun.-Prof. M. Rahm intensiv mit Prof. David

Smith von der Duke University zusammen.

Dissertationen

Daniel Molter Novel approaches in coherent terahertz measurement

techniques 10/11

Oliver Paul Plasmonic Metamaterials at Terahertz Frequencies 11/10

Frank Ospald Nanomaterials for Terahertz research and technology 07/10

Diplomarbeiten

Ali Hachimi Realisierung der schnellen Datenaufnahme einer

Radar-Prüfanlage für zylindrische Objekte 08/11

Simon Schiwek Aufbau, Charakterisierung und Anwendung eines

Dauerstrich Terahertz-Spektrometers 08/11

Judith Hohmann Entwurf, Fabrikation und Charakterisierung einer

optisch schaltbaren, metamaterialbasierten Gradienten-indexlinse

für den Terahertz-Spektralbereich

Jan Marc Stockschläder

07/11

Dickenbestimmung von Mehrschichtsystemen mit Hilfe

gepulster Terahertz-Strahlung 06/11

Jan-Martin Rämer Aufbau und Charakterisierung eines Terahertz-

Zeitbereichsspektroskopie-Systems unter Verwendung

von 1,55 μm-Faserlasern

Johannes Sebastian Roth

05/11

Optically Switchable Metamaterials for the Terahertz

Range 10/10

Michael Kolano Untersuchung zur Signalentstehung und

Rauschunterdrückung in einem Terahertz

Zeitbereichs Spektroskopie System 10/10

31


Bernd Krolla Experimental Realization of a Metamaterial-Based

Gradient Index Lens for Terahertz Radiation 10/10

Johannes Scholz THz-ATR-Spektroskopie an biophysikalischen Proben 08/10

Viktoria Wollrab Metamaterial-basierter Sensor im Terahertz-Bereich 06/10

Jens Neu Aufbau und Charakterisierung eines Messplatzes für

die ortsaufgelöste Detektion von Terahertz-Nahfeldern

zur Untersuchung von Metamaterialien 06/10

Christoph Robiné Terahertz-Reflexionsspektroskopie rauer Oberflächen

und Aufbau eines Transportablen THz-TDS-Systems 03/10

Marc Kannengießer Terahertz-Messtechnik in der Charakterisierung dünner

Schichten 02/10

Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. Hybridization Induced Transparency in composites of metamaterials and atomic

media, P. Weis, J. L. Garcia-Pomar, R. Beigang, and M. Rahm, Opt. Express, Vol. 19,

No. 23, pp. 23573-23580 (2011)

2. High Resolution Waveguide Terahertz Time-Domain Spectroscopy, M. Theuer and J.

S. Melinger, Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, Springer New

York, Vo. 32, No. 11, pp. 1267-1284 (2011)

3. Terahertz Time-Domain Spectroscopy of Gases, Liquids, and Solids, M. Theuer, S.

S. Harsha, D. Molter, G. Torosyan, and R. Beigang, ChemPhysChem,

ChemPhysChem, Vol. 12, No. 15, pp. 2695–2705 (2011)

4. Compact fiber-coupled terahertz spectroscopy system pumped at 800 nm

wavelength, F. Ellrich, T. Weinland, D. Molter, J. Jonuscheit, and R. Beigang, Rev.

Sci. Instrum., Vol 82, pp. 053102 (2011)

5. THz triangulation and stand-off measurement of the refractive index, C. Wiegand,

M. Herrmann, and R. Beigang, Opt. Express, Vol. 19, No. 11, pp. 10269-10277

(2011)

6. Hochempfindliche Dünnschichtsensoren basierend auf Terahertz-Wellenleitern

(Highly Sensitive Thin Film Sensors Using Terahertz Waveguides), M. Theuer, D. R.

Grischkowsky, and R. Beigang, tm-Technisches Messen, Vol. 78, No. 5, pp. 268-

273 (2011)

7. Terahertz im Aufwärtstrend, J. Jonuscheit, Physik Journal, Vol. 10, Nr. 3, pp. 18-19

(2011)

8. Combless broadband terahertz generation with conventional laser diodes, D.

Molter, A. Wagner, S. Weber, J. Jonuscheit, and R. Beigang, Opt. Express, Vol. 19,

No. 6, pp. 5290-5296 (2011)

9. Terahertz two-cylinder waveguide coupler for transverse-magnetic and transverseelectric

mode operation, M. Theuer, A. J. Shutler, S. Sree Harsha, R. Beigang, and D.

Grischkowsky, Appl. Phys. Lett., Vol. 98, pp. 071108 (2011)

32


10. Coherent electro-optical detection of terahertz radiation from an optical parametric

oscillator, F. Z. Meng, M. D. Thomson, D. Molter, T. Löffler, J. Jonuscheit, R. Beigang,

J. Bartschke, T. Bauer, M. Nittmann, and H. G. Roskos, Opt. EXPRESS Vol. 18, No.

11, pp. 11316 (2010)

11. Metamaterial-based gradient index lens with strong focusing in the THz frequency

range, J. Neu, B. Krolla, O. Paul, B. Reinhard, R. Beigang, and M. Rahm, Opt.

Express, Vol. 18, No. 26, pp. 27748-27757 (2010)

12. Fano profiles in transmission spectra of terahertz radiation through onedimensional

periodic metallic structures, B. Pradarutti, G. Torosyan, M. Theuer, and

R. Beigang, Appl. Phys. Lett., Vol. 97, p. 244103 (2010)

13. Flare coupled metal parallel-plate waveguides for high resolution terahertz timedomain

spectroscopy, M. Theuer, S. S. Harsha, and D. Grischkowsky, J. Appl. Phys.,

Vol. 108, p. 113105 (2010)

14. High-speed terahertz time-domain spectroscopy of cyclotron resonance in pulsed

magnetic field, D. Molter, F. Ellrich, T. Weinland, S. George, M. Goiran, F. Keilmann,

R. Beigang, and J. Léotin, Opt. Express, Vol. 18, No. 25, pp. 26163-26168 (2010)

15. Automatically Dectecting Peaks in Terahertz Time-Domain Spectroscopy, H.

Stephani, J. Jonuscheit, C. Robiné, B. Heise, ICPR, Vol. 3, No. 3, pp. 4468-4471

(2010)

16. Wavelet-Based Dimensionality Reduction for Hyperspectral THz Imaging, H.

Stephani, M. Herrmann, F. Bauer, and B. Heise, TST, Vol. 3, No. 3, pp. 117-129

(2010)

17. Terahertz-Wellen – ein neuer Spektralbereich für die industrielle Messtechnik

(Terahertz Waves – A New Spectral Band for Industrial Measurement Techniques),

F. Ellrich, T. Weinland, J. Klier, J. Jonuscheit, and R. Beigang, tm-Technisches

Messen, Vol. 77, No. 9, pp. 452-461 (2010)

18. Highly sensitive terahertz measurement of layer thickness using a two-cylinder

waveguide sensor, M. Theuer, R. Beigang, and D. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett.,

Vol. 97, p. 071106 (2010)

19. Gradient index metamaterial based on slot elements, O. Paul, B. Reinhard, B.

Krolla, R. Beigang, and M. Rahm, Appl. Phys. Lett., Vol. 96, p. 241110 (2010)

20. Sensitivity increase for coating thickness determination using THz waveguides, M.

Theuer, R. Beigang, and D. R. Grischkowsky, Opt. Express, Vol. 18, No. 11, pp.

11456-11463 (2010)

21. Adiabatic compression of terahertz waves using metal flares, M. Theuer, R.

Beigang, and D. R. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett., Vol 96, p. 191110 (2010)

22. Comment on Superwide-band negative refraction of a symmetrical E-shaped

metamaterial with two electromagnetic resonances, O. Paul, R. Beigang, and M.

Rahm, Phys. Rev. E, Vol 81, No. 4 (2010)

23. Experimental and numerical studies of terahertz surface waves on a thin

metamaterial film, B. Reinhard, O. Paul, R. Beigang, and M. Rahm, Optics Letters,

Vol. 35, No. 9, pp. 1320-1322 (2010)

24. A pulsed THz Imaging System with a line focus and a balanced 1-D detection

scheme with two industrial CCD line-scan cameras, C. Wiegand, M. Herrmann, S.

Bachtler, J. Klier, D. Molter, J. Jonuscheit, and R. Beigang, Opt. Express, Vol. 18, No.

6, pp. 5595-5601 (2010)

33


Veröffentlichte Konferenzbeiträge

1. Identification of hazardous substances using terahertz spectroscopy, J. Jonuscheit,

M. Herrmann, M. Theuer, S. Wohnsiedler, C. Wiegand, G. Torosyan, and R. Beigang,

SPIE Defense, Security and Sensing, Orlando, FL, USA, April 5-9, 2010

Konferenzen, Kolloquien und Seminare

Eingeladene Konferenzbeiträge

1. Metamaterials: A route to novel terahertz optical components, M. Rahm,

Gastvortrag zum 3. Jahrestreffen des Deutschen THz-Zentrums e.V., Konstanz,

Germany, May 6-7, 2010

2. Materials Characterisation with THz Short Pulse Systems, R. Beigang, 9th

International SAOT Workshop “Advanced THz Applications and Systems”, Erlangen,

Germany, June 11, 2010

3. Terahertz plasmonics: from surface plasmon polaritons to metameterials, O. Paul,

B. Reinhard, G. Torosyan, P. Weis, M. Rahm and R. Beigang, SPIE, Photonics West,

San Francisco, USA, January 22- 28, 2010

4. Terahertz time domain spectroscopy: nondestructive testing and sensing

applications, LACSEA, San Diego, USA, January 31 – February 4, 2010

5. Terahertz time-domain magneto-optics using pulsed magnetic fields, D. Molter, F.

Ellrich, T. Weinland, S. George, M. Goiran, F. Keilmann, R. Beigang, and J. Léotin,

invited keynote, The 36th International Conference on Infrared, Millimeter, and

Terahertz Waves (IRMMW-THz), Houston, TX, USA, October 2-7, 2011

6. THz technology for the investigation of art objects, R. Beigang, U. Klotzbach, M.

Panzner, G. Torosyan and M. Theuer, Science and Technology in Cultural Heritage

STICH, Frauenchiemsee, September 5 – 11, 2011

7. Fundamental and applied research using photonic THz sources: from meta

materials to quality control, R. Beigang, plenary talk, The Fourth International

Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging (ISPDI 2011), Beijing, China,

24-26 May 2011

Sonstige Konferenzbeiträge

2. THz Spectroscopy of Adhesives, M. Herrmann, M. Wirts-Rütters, J. Kolbe, J.

Jonuscheit, and R. Beigang, International Terahertz Conference 2011, Villach,

Austria, November 24-25, 2011

3. Metamaterial-based gradient index lens for strong focusing in the THz frequency

range, J. Neu, B. Krolla, O. Paul, B. Reinhard, R. Beigang, and M. Rahm, Fifth

International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and

Optics, Barcelona, Spain, October 10-15, 2011

34


4. Analog of electromagnetically induced transparency in a hybrid metamaterial, P.

Weis, J. L. Garcia-Pomar, R. Beigang, and M. Rahm, Fifth International Congress on

Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics, Barcelona, Spain,

October 10-15, 2011

5. Terahertz cross-correlation system with a combless spectrum, D. Molter, A.

Wagner, S. Weber, J. Jonuscheit, and R. Beigang, The 36th International Conference

on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), Houston, TX, USA,

October 2-7, 2011

6. Handheld miniature THz ATR module, D. Molter, G. Torosyan, J. Klier, C. Matheis, C.

Petermann, S. Weber, F. Ellrich, J. Jonuscheit, and R. Beigang, The 36th

International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-

THz), Houston, TX, USA, October 2-7, 2011

7. Far-field THz radiation pattern from photoconductive emitters on different

substrates, J. Klier, S. Wohnsiedler, W. Zouaghi, E. Peytavit, J. Lampin, J. Jonuscheit,

and R. Beigang, The 36th International Conference on Infrared, Millimeter, and

Terahertz Waves (IRMMW-THz), Houston, TX, USA, October 2-7, 2011

8. A Feature Set for Enhanced Automatic Segmentation of Hyperspectral Terahertz

Images, H. Stephani, B. Heise, S. Katletz, K. Wiesauer, D. Molter, J. Jonuscheit, and

R. Beigang, IEEE Irish Machine Vision Conference, Dublin, Ireland, September 7-9,

2011

9. Combination of Kramers-Kronig-Transformation (KKT) and direct calculation

methods based on time domain spectroscopy in the field of substance

identification, M. Herrmann, F. Platte, H.M. Heise, and K. Nalpantidis, Sixth

International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-6), Sonoma

County, CA, United States, June 12-17, 2011

10. Sensitive Determination of Layer Thickness by Waveguide Terahertz Time-Domain

Spectroscopy, M.Theuer, D. Grischkowsky, and R. Beigang, OPTO 2011 - Optische

Messtechnik - 10. Internationaler Kongress für Optische Technologien in Sensorik

und Messtechnik, Nürnberg, Germany, June 7-9, 2011

11. Inspektion von faserverstärkten Kunststoffen und Composite-Materialien unter

Einsatz von Terahertz-Messtechniken, J. Jonuscheit, R. Beigang, J. Klier, C. Matheis,

and F. Thierry, DGZfP-Jahrestagung 2011, Bremen, Germany, May 30 – Juni 1, 2011

12. Non-Contact Multilayer Thickness Measurements with Reflection-Mode Terahertz

Time-Domain Spectroscopy, V. Feige, S. Nix, F. Ellrich, J. Jonuscheit, and R.

Beigang, Conference on Lasers and Electro-Optics – European Quantum Electronics

Conference 2011, Munich, Germany, May 22-26, 2011

13. TM and TE1 Operation of Cylindrical Terahertz Waveguides, A. J. Shutler, M. Theuer,

S. S. Harsha, D. R. Grischkowsky, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO),

Baltimore, MD, USA, May 1-6, 2011

14. High Resolution THz-TDS using Flare Coupled Metal Parallel-Plate Waveguides, M.

Theuer, S. S. Harsha, A. J. Shutler, R. Beigang, D. R. Grischkowsky, Conference on

Lasers and Electro-Optics (CLEO), Baltimore, MD, USA, May 1-6, 2011

15. Time-resolved terahertz spectroscopy of cyclotron resonance in p-germanium in

pulsed magnetic field, D. Molter, F. Ellrich, T. Weinland, S. George, M. Goiran, F.

Keilmann, R. Beigang, and J. Léotin, International Workshop on Optical Terahertz

Science and Technology, Santa Barbara, CA, USA, March 13-17, 2011

35


16. Slant-stripe periodically poled LiNbO3 optical parametric oscillator for THz

generation, D. Molter, M. Leidinger, M. Theuer, F. Rübel, F. Meng, M. Thomson, J.

L'huillier, H. Roskos, and R. Beigang, International Workshop on Optical Terahertz

Science and Technology, Santa Barbara, CA, USA, March 13-17, 2011

17. Terahertz Imaging for Non-Destructive Testing, J. Jonuscheit, R. Beigang, F. Ellrich, J.

Klier, D. Molter, and M. Theuer, International Symposium on NDT in Aerospace,

Hamburg, Germany, November 22-24, 2010

18. Terahertz Wellen – ein weißer Fleck macht Karriere, F. Ellrich, Ehrensymposium –

50 Jahre Laser, Freiburg, Germany, September 16, 2010

19. Terahertz surface waves on thin metamaterial films, B. Reinhard, O. Paul, J. Neu, R.

Beigang, and M. Rahm, Fourth International Congress on Advanced

Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics, Karlsruhe, Germany,

September 13-16, 2010

20. Gradient Index Metamaterial Based on Slot Elements, O. Paul, B. Reinhard, B.

Krolla, R. Beigang, and M. Rahm, Fourth International Congress on Advanced

Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics, Karlsruhe, Germany,

September 13-16, 2010

21. Demonstration of birefringent metamaterial terahertz wave plates, P. Weis, O. Paul,

C. Imhof, R. Beigang, and M. Rahm, Fourth International Congress on Advanced

Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics, Karlsruhe, Germany,

September 13-16, 2010

22. Nonlinearity caused by local field effects between a two level system and a

metamaterial, J. L. Garcia-Pomar, R. Beigang, and M. Rahm, Fourth International

Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics,

Karlsruhe, Germany, September 13-16, 2010

23. Multichannel THz imaging using arrays of photoconductive antennas, S.

Wohnsiedler, M. Kolano, J. Klier, M. Herrmann, J. Jonuscheit, R. Beigang, E. Peytavit,

J.F. Lampin, The 35th International Conference on Infrared, Millimeter, and

Terahertz Waves (IRMMW-THz2010), Rome, Italy, September 5-10, 2010

24. Highly Sensitive Determination of Coating Thickness by using the High Filling

Factor in an Adiabatically Coupled Terahertz Waveguide, M. Theuer, R. Beigang,

D.R. Grischkowsky, The 35th International Conference on Infrared, Millimeter, and

Terahertz Waves (IRMMW-THz2010), Rome, Italy, September 5-10, 2010

25. THz Balanced Electro-Optic Detection with Two Line-Scan Cameras, M. Herrmann, C.

Wiegand, D. Molter, J. Jonuscheit, R. Beigang, The 35th International Conference on

Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz2010), Rome, Italy,

September 5-10, 2010

26. CCD-camera-based electro-optical detection of nanosecond THz pulses from an

optical parametric oscillator, F.Z. Meng, M.D. Thomson, D. Molter, T. Löffler,; J.

Jonuscheit, R. Beigang, J. Bartschke, T. Bauer, M. Nittmann, H.G. Roskos, The 35th

International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-

THz2010), Rome, Italy, September 5-10, 2010

27. Pulsed cyclotron resonance measurements with a rapid-scanning, fibercoupled THz

TDS system, D. Molter, S. Georges, M. Goiran, F. Keilmann, R. Beigang, and J.

Leotin, The 35th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz

Waves (IRMMW-THz2010), Rome, Italy, September 5-10, 2010

36


28. Biological samples of clinical relevance studied by THz- and infrared spectroscopy

using transmission and attenuated total reflection techniques, J. Scholz, F. Platte,

K. Nalpantidis, J. Fritzsche, G. Torosyan, J. Jonuscheit, R. Beigang, and H.M. Heise,

The 6th International SPEC Conference: SPEC 2010 – “Shedding Light on Disease.

Optical Diagnosis for the new Millennium”, Manchester, UK, June 26 - July 1, 2010

29. Terahertz time-domain cyclotron resonance spectroscopy in pulsed magnetic field,

D. Molter, S. George, M. Goiran, F. Keilmann, R. Beigang, and J. Leotin,

International Workshop on Terahertz spectroscopy and its high-field applications

Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD), Dresden, Germany, June 14–15,

2010

30. Metamaterials: Designable Optical Components for the Terahertz Technology, M.

Rahm, WOCSDICE 2010, Darmstadt (Seeheim), Germany, May 17-19, 2010

31. Sensing by Metal Cylinders compressing THz Surface Waves, M. Theuer, R.

Beigang, and D. Grischkowsky, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO),

San José, CA, USA, May 16-21, 2010

32. Terahertz Surface Waves on a Split-Ring-Based Metamaterial Film, B. Reinhard, O.

Paul, R. Beigang, and M. Rahm, Conference on Lasers and Elecro-Optics (CLEO),

San José, CA, USA, May 16-21, 2010

33. A Pulsed THz Imaging System with a Line Focus and a Balanced 1-D Detection

Scheme with Two Industrial CCD Line Cameras, C. S. Wiegand, M. Herrmann, S.

Bachtler,D. Molter, J. Klier, J. Jonuscheit, and R. Beigang, Conference on Lasers and

Electro-Optics (CLEO), San José, CA, USA, May 16-21, 2010

34. Coherent electro-optical detection of nanosecond THz pulses from a parametric

oscillator, F. Z. Meng, M. D. Thomson, D. Molter, T. Löffler, R. Beigang, and H. G.

Roskos, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), San José, CA, USA, May

16-21, 2010

35. Angle-Resolved THz Time Domain Reflection Spectroscopy of Rough Surfaces", C.

Robiné, C. Wiegand, K. Rühle, F. Ellrich, T. Weinland, and R. Beigang, Conference on

Lasers and Electro-Optics (CLEO), San José, CA, USA, May 16-21, 2010

36. Terahertz Technik für die industrielle Anwendung, Jonuscheit, R. Beigang, F. Ellrich,

and D. Molter, DGZfP-Jahrestagung 2010, Erfurt, Deutschland, May 10-12, 2010

37. Metamaterials: A route to novel terahertz optical components, M. Rahm,

Gastvortrag zum 3. Jahrestreffen des Deutschen THz-Zentrums e.V., Konstanz,

Germany, May 6-7, 2010

38. Identification of hazardous substances using terahertz spectroscopy, J. Jonuscheit,

M. Herrmann, M. Theuer, S. Wohnsiedler, C. Wiegand, G. Torosyan, and R. Beigang,

SPIE Defense, Security and Sensing, Orlando, FL, USA, April 5-9, 2010

39. Metamaterial-based Optical Components for the Terahertz (THz) Technology, O.

Paul, P. Weis, B. Reinhard, R. Beigang, and M. Rahm, Progress in Electromagnetics

Research Symposium (PIERS), Xi'an, China, March 25, 2010

40. Metamaterial-based Optical Components for the THz Technology, O. Paul, B.

Reinhard, P. Weis, R. Beigang, and M. Rahm, 4th Workshop on Terahertz

Technology - International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging,

Kaiserslautern, Germany, March 2-3, 2010

41. Quality Inspection using Terahertz Time Domain Spectroscopy, F. Ellrich, D. Molter,

G. Torosyan, M. Theuer, J. Jonuscheit, and R. Beigang, 4th Workshop on Terahertz

37


Technology - International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging,

Kaiserslautern, Germany, March 2-3, 2010

42. THz Standoff Identification in a real environment, M. Herrmann, S. Wiegand, S.

Wohnsiedler, J. Jonuscheit, and R. Beigang, 4th Workshop on Terahertz Technology

- International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging, Kaiserslautern,

Germany, March 2-3, 2010

43. Toward multichannel THz imaging with arrays of photoconductive antennas, M.

Herrmann, S. Wohnsiedler, J. Jonuscheit, and R. Beigang, M. Tani, K. Sakai, E.

Peytavit, J.-F. Lampin, 4th Workshop on Terahertz Technology - International Forum

on Terahertz Spectroscopy and Imaging, Kaiserslautern, Germany, March 2-3, 2010

44. Fast Modulation of THz Waves by Polarization-Independent Metamaterials, O. Paul,

C. Imhof, B. Lägel, S. Wolf, J. Heinrich, S. Höfling, A. Forchel, R. Zengerle, R.

Beigang, and M. Rahm, 4th Workshop on Terahertz Technology - International

Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging, Kaiserslautern, Germany, March 2-

3, 2010

45. Surface Waves on Terahertz Metamaterials, B. Reinhard, O. Paul, R. Beigang, and

M. Rahm, 4th Workshop on Terahertz Technology - International Forum on

Terahertz Spectroscopy and Imaging, Kaiserslautern, Germany, March 2-3, 2010

46. THz Surface Waves on Coated Metal Sheets for Sensing Applications, M. Theuer, R.

Beigang, and D. Grischkowsky, 4th Workshop on Terahertz Technology -

International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging, Kaiserslautern,

Germany, March 2-3, 2010

47. Balanced THz Line-Scanning, C. Wiegand, M. Herrmann, S. Bachtler, J. Klier, D.

Molter, J. Jonuscheit, and R. Beigang, 4th Workshop on Terahertz Technology -

International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging, Kaiserslautern,

Germany, March 2-3, 2010

48. Electro-optical detection of quasi-cw THz pulses from a parametric oscillator:

Towards phase detection and imaging, F.Z. Meng, M.D. Thomson, D. Molter, J.

Bartschke, M. Nittmann, R. Beigang, and H.G. Roskos, 4th Workshop on Terahertz

Technology - International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging,

Kaiserslautern, Germany, March 2-3, 2010

Kolloquien und Seminare

1. THz-Metamaterialien und Transformationsoptik, M. Rahm, Gastvortrag am 4.

Physikalischen Institut, Universität Stuttgart, Germany, January 11, 2010

38


AG Experimentelle Quantenoptik und Molekulare Stoßdynamik

Experimental-Physik

Prof. Dr. Klaas Bergmann – Seniorfoschungsprofessor

Forschungsgebiete

Das zentrale Arbeitsgebiet hat sich verschoben von Fragen aus dem Bereich kohärenter

Anregungsprozesse zu speziellen Fragen der industriellen Lasermesstechnik.

Insbesondere werden Laser mit resonator-interner frequenzverschobener Rückkopplung

(FvR-Laser) in verschiedener Ausprägung (Faser-Laser, Festkörper-Laser, Halbleiter-

Laser) untersucht und Verfahren für die industrielle Messtechnik, insbesondere

hochpräzise oder sehr schnelle Entfernungsmessung entwickelt. Das Besondere an dem

Verfahren ist das „injection seeding“ des FvR-Lasers mit phasenmodulierter

schmalbandiger Strahlung. Die Leistungsparameter der Systeme reichen von einer

Genauigkeit von wenigen �m über Meter-Distanzen (mit Einsatzbereich z.B. in der

Mikrosystem-Technologie) bis zu Messraten im von Bereich von 1 MHz (mit Einsatzbereich

z.B. in der Gebäude-Vermessung) bei Genauigkeiten im sub-mm Bereich.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Postdoktoranden

Dr. Vladimir Ogurtsov

Dr. Jae-Ihn Kim

Sekretariat

Anna Mihanovic

Drittmittelprojekt

BMBF Verbund-

Projekt FRESHLAR

(3 Industrie-Partner)

Kooperationen

Tiefenprofil- und Entfernungsmessung mit

innovativem Laserkonzept (Koordination des

Verbundes und eigenes Projekt)

zu obigem Projekt: G. Bonnet von der Firma SpheronVR, Waldfischbach, W. Schulz,

Laserpluss, Kirschweiler, Prof. L.P. Yatsenko, Ukrainische Adademie der Wissenschaften,

Kiew; sowie ein weiteres Unternehmen der Bau-Industrie

39


Dissertationen

Alle Dissertationen wurden vor der Zeit als Seniorforschungsprofessor abgeschlossen.

Diplom- und Staatsexamensarbeiten

Alle Diplomarbeiten wurden vor der Zeit als Seniorforschungsprofessor abgeschlossen:

Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. F. Vewinger, B.W. Shore and K. Bergmann

Superposition of Degenerated Atomic Quantum States: Preparation and Detection

in Atomic Beams

Advances in Atomic, Molecular and Optical Physics, Vol. 58 (ed. E. Arimondo, P.R.

Berman, and C.C. Lin), Academic Press (USA), pp. 113-172 (2010)

Kolloquien (K) Seminare (S)

1. Fakultät für Physik TU Darmstadt (K) 01/10

2. Department of Chemistry, University of British Columbia (K) 03/10

Vancouver/Kanada

3. Fachbereich Physik, Universität Hamburg (S) 06/10

4. Department of Physics, Pontificia Universidad Catolica de Chile (K) 10/10

Santiago/Chile

5. Department of Physics, Pontificia Universidad Catolica de Chile (S) 11/10

Santiago/Chile

6. Instituto Sabato, Universidad Nacional de San Martin (K) 11/10

Buenos Aires/Argentinien

7. Chemisch-Physikalische Gesellschaft und Universität Wien (K) 01/11

Wien/Österreich

8. Graduiertenkolleg Seminar, Fachbereich Physik (S) 04/11

TU Kaiserslautern

40


9. Department of Physics, Universität Krakau (K) 05/11

Krakau/Polen

10. MPI für Biophysikalische Chemie, AG Prof. Wodtke (S) 05/11

Göttingen

11. Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences (K) 09/11

Bratislava/Slowakei

12. Department of Physics, Tata Institute of Fundamental Research (K) 11/11

Mumbai/Indien

Sonstiges:

Koordinator des EU-Research Training Networks: “Engineering of the Quantum States of

Matter and Light (EMALI)”, bis 30.09.2010. Rechnungsabschluss Juli 2011.

Vice-Chair des Physics-Panels bei der jährlichen Begutachtung und Förderentscheidung

im Rahmen des Marie-Curie Programms „Research Training Networks“ (EU, Brüssel)

41


AG Biophysik und Ultrakurzzeitspektroskopie

Experimentalphysik

Prof. Dr. Rolf Diller

Forschungsgebiet

Schwerpunktmäßig befasst sich die Arbeitsgruppe mit der Ultrakurzzeit-

Laserspektroskopie von photoinduzierten Prozessen in kondensierter Phase. Einen

großen Raum nehmen dabei biologische Moleküle und entsprechende Modellsysteme,

jetzt aber auch Metallkomplexe ein. Bezüglich ihrer Struktur und Dynamik haben

biologische Moleküle eine Sonderstellung zwischen Festkörper und Lösung - in ihnen

werden reaktive Eigenschaften realisiert wie sonst nirgends in der Chemie. Im

Vordergrund stehen folgende Fragestellungen:

- Ultraschnelle Dynamik elektronischer und Schwingungs-Freiheitsgrade bei

Photoreaktionen in Chromoproteinen.

- Schwingungsdynamik und Schwingungsanalyse im elektronisch angeregten

Zustand.

- Wechselwirkung zwischen reagierendem Chromophor und seiner unmittelbaren

(Protein-) Umgebung. Gezielte Modifizierung der Chromophor-Bindungstasche

durch Punkt- und Mehrfachmutationen und andere physikalisch-chemische

Parameter.

- Kohärente Prozesse nach schneller Photoanregung.

- Proteindynamik auf kurzer Zeitskala, z. B. Solvatation, Energieumverteilung und

-Relaxation, Reorientierungsdynamik von Aminosäureseitenketten, Dynamik von

Wasserstoffbrückenbindungen, etc.

Neu hinzu kamen ab Beginn 2011 mit dem Anlaufen des SFB/Transregio88 3MET

entsprechende Untersuchungen an Metallkomplexen. Im Kooperations-Teilprojekt C4 mit

Herrn Priv. Doz. Dr. Riehn (FB Chemie) sollen Methoden der Femtosekunden–

zeitaufgelösten Laserspektroskopie (transiente Absorption im UV/Vis- und mittleren IR-

Bereich, transiente Photofragmentation mit massenspektrometrischer Analyse) genutzt

werden, um sowohl in der kondensierten Phase (Diller) als auch in der Gasphase (Riehn)

die Dynamik photophysikalischer und -chemischer Elementar- bzw. Transportprozesse

von Übergangsmetall-Ligand-Solvathülle-Systemen zu untersuchen.

Untersuchungsmethoden sind verschiedene Varianten der ultraschnellen

Laserspektroskopie im pump/probe-Verfahren, die spezifisch weiterentwickelt werden.

Dabei kommen diverse Methoden der nichtlinearen Optik zum Zuge. Mit Hilfe von

nichtkollinear-optisch-parametrischen Verstärkern (NOPA) werden Pulse von bis zu unter

40 fs (FWHM) Dauer im Bereich UV-NIR (0.25-3 μm) erzeugt. Im technisch

anspruchsvolleren Bereich des mittleren IR (3 - 20 μm) lässt sich eine Zeitauflösung von

besser als 200 fs erzielen. Insbesondere ermöglicht die Infrarot-

Absorptionsspektroskopie mit Femtosekunden-Zeitauflösung im Zusammenspiel mit

entsprechenden UV/VIS-Experimenten qualitativ und quantitativ neue Aussagen über

ultraschnelle Prozesse auf molekularer Ebene.

42


Im Berichtszeitraum wurden die Zusammenarbeit mit Prof. Gerhards (FB Chemie) im

Rahmen des 2011 auslaufenden DFG GRK792 Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik

an Flavonoiden ausgebaut. Das neue Projekt zur fs-Photochemie an Xanthorhodopsin

(mit Prof. Neuhaus/Jun. Prof. Haferkamp; TU KL) innerhalb des Landes-

Forschungsschwerpunktes RIMB hat sich nach der Bewältigung präparativer

Herausforderungen erfolgreich entwickelt. In einem Industrie-relevanten Projekt der

Deutschen Bundesstiftung Umwelt von Prof. Ulber (TU KL) wurde die selektive Bindung

von ẞ-Lactam-Antibiotika IR-spektroskopisch untersucht.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Doktoranden

Dipl. Phys. Matthias Wolf WM/DFG (seit 03/2007)

Dipl. Biol. Miriam Colindres-Rojas GRK (seit 12/2008)

Dipl. Phys. Katharina Chevalier GRK (seit 07/2010)

Dipl. Biophys. Patrick Singer DFG (seit 10/2010)

Diplomanden

Annik Jakob 09/2010 – 06/2011 (Biophysik)

Johannes Ernst 01/2011 – 10/2011 (Biophysik)

Frank Stark 09/2009 – 07/2010 (Biophysik)

Silke Holtmann 07/2010 – 09/2011 (Biophysik)

Frauke Leitner 09/2009 – 06/2010 (Biophysik)

Fabian Rupp 05/2010 – 02/2011 (Biophysik)

Katharina Chevalier 05/2009 – 04/2010 (Physik)

Patrick Singer 11/2009 – 08/2010 (Biophysik)

Technische Mitarbeiter

Hans Feurich

Sekretariat

Ute Rein-Rech

43


Drittmittelprojekte

Ultraschnelle Schwingungsdynamik von biologischen Photosystemen mit trans-cis-

Isomerisierungsreaktionen

DFG DI 405/7-3 (2008-2011)

Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik: Ultraschnelle photoinduzierte Prozesse in

biologischen Systemen

DFG Graduiertenkolleg 792 (2006-2011)

Bestimmung der Bindungskinetiken

Unterauftrag im Projekt Entwicklung selektiver Adsorbermaterialien zur Aufarbeitung von

β-Lactamantibiotika von Prof. Dr. R. Ulber (BioVT, TU KL)

DBU (Deutsche Bundesstiftung Umwelt) (2009 – 2012)

Kooperative Effekte in homo- und heterometallischen Komplexen: Ultraschnelle

molekulare Dynamik in metallischen Komplexen

DFG Sonderforschungsbereich SFB-TRR 88 "3MET" Teilprojekt C4

Förderzeitraum: 2011 – 2014

Kooperationen

Während des Berichtszeitraums bestanden Kooperationen mit den folgenden

auswärtigen Arbeitsgruppen:

PD Dr. M. Engelhard (Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, Dortmund)

Prof. Dr. M. Sheves (Weizmann Institut, Rehovot, Israel)

Prof. Dr. S. Ruhmann (Hebrew University, Israel)

Dr. T. Domratcheva (Max-Planck-Institut f. Med. Forschg. in Heidelberg)

PD. Dr. T. Lamparter (Universität Karlruhe)

Prof. Dr. W. Gärtner (Max-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie, Mülheim)

PD Dr. G. Hermann (Friedrich-Schiller-Universität, Jena)

Prof. Dr. P. Hildebrandt (TU Berlin)

Dissertationen

Dipl. Phys. Matthias Wolf Dezember 2011

Riboflavin im elektronisch angeregten Zustand: Schwingungsanalyse anhand

Isotopenmarkierung und ps-Relaxationsdynamik in Lösung

44


Diplomarbeiten

Dipl. Phys. Katharina Chevalier April 2010

Ultraschnelle UV-IR-Spektroskopie an 3-Hydroxyflavon in Lösung

Dipl. Biophys. Frauke Leitner Juni 2010

Externe Arbeit bei Prof. W. Singer, MPI für Hirnforschung, Frankfurt/M.

Functional Magnetic Resonance Imaging of Perceptual Hysteresis and Adaptation

Dipl. Biophys. Frank Stark Juli 2010

Externe Arbeit bei Prof. F. Musumeci, Universita Catania, Italien

On the Dependence of Delayed Luminescence on Cytoskeletal Structure

Dipl. Biophys. Patrick Singer August 2010

Spektroskopische Untersuchungen zur Bindung eines ß-Lactam Antibiotikums an

synthetische Rezeptorphasen

Dipl. Biophys. Fabian Rupp Februar 2011

Femtosekunden zeitaufgelöste Untersuchungen an Kobalt- und

Nickelkomplexverbindungen in Lösung

Dipl. Biophys. Annik Jakob Juni 2011

Ultrakurzzeitspektroskopische Untersuchungen an Bacteriorhodopsin in Anwesenheit

von Goldnanopartikeln

Dipl. Biophys. Silke Holtmann September 2011

Externe Arbeit bei Dr. M. Schüttpelz, Universität Bielefeld

Konfokale Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie zur Untersuchung von Protein-DNA-

Wechselwirkungen der Proteine AtGRP8 und AtGRP7

Dipl. Biophys. Johannes Ernst Oktober 2011

UV- und IR-Spektroskopie zur reversiblen Substratbildung von ß-Lactam Antibiotika an

synthetische Adsorberphasen

Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. Excited-State Dynamics of Protochlorophyllide Revealed by Sub-picosecond

Infrared Spectroscopy.

M. Colindres-Rojas, M. M. N. Wolf, R. Groß, S. Seidel, B. Dietzek, M. Schmitt, J. Popp J,

G. Hermann, R. Diller

Biophys. J. 100, 260-267 (2011).

2. Vibrational Mode Analysis of Isotope-Labeled Electronically Excited Riboflavin

M. M. N. Wolf, H. Zimmermann, R. Diller, T. Domratcheva

45


J. Phys. Chem. B 115, 7621-7628 (2011).

Buchartikel

1. IR Spectroscopy of Protein Dynamics: Ultrafast Kinetics

R. Diller

in: Encyclopedia of Biophysics, (ed.: Gordon C. Roberts), Springer, accepted (2011)

Sonstige Beiträge zu Konferenzen, Kolloquien und Seminaren

Eingeladene Vorträge

1. R. Diller: Sub-picosecond time resolved IR spectroscopy of HS state formation in

iron(II) spin crossover complexes

DFG-Priority Program Molecular Magnetism SPP1137,

Bad Dürkheim, 29.03. - 31.03.2010

2. R. Diller: Ultrafast IR Vibrational Spectroscopy on Tetrapyrrole Photoreceptors

International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors of Photosynthetic Organisms,

Berlin, 24.07. - 28.07.2011

3. R. Diller: Ultrafast Spectroscopy on Tetrapyrrole Photoreceptors

DFG/MPG Rundgespräch über Photorezeptoren: Dynamics of molecular mechanisms of

biological photoreceptors: Interplay between Experiment and Theory, Schloss

Ringberg, 09.10. - 12.10.2011

Sonstige Konferenzbeiträge

1. Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Hannover,

08.03. - 12.03.2010, 1 Posterbeitrag, 2 Vorträge

2. Bioprozessorientiertes Anlagendesign, „Entwicklung selektiver

Adsorbermaterialien

zur Aufarbeitung von ß-Lactamantibiotika“, Nürnberg, 10.05.2010,

1 Posterbeitrag

3. Jahrestagung der Biotechnologen, „Aufarbeitung von ß-Lactamantibiotika mittels

selektiver, magnetischer Adsorbermaterialien“, Aachen, 21.09.2010,

1 Posterbeitrag

46


4. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f. Biophysik, Ruhr-Universität Bochum,

03. - 06.10.2010, 2 Posterbeiträge

5. Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Dresden,

13. - 18.03.2011 , 2 Posterbeiträge

6. 10. International Conference on Femtochemistry, Madrid, Spain, 10. - 15.07.

2011,

2 Posterbeiträge

7. 14. European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules, Coimbra,

University, Portugal, 29.08. – 03.09.2011, 2 Posterbeiträge

8. European Congress of Applied Biotechnology, “Purification of β-lactam antibiotics

with magnetisable particle systems”, Berlin, 25. - 29.09.2011, 1 Posterbeitrag

9. SFB TRR 88 ("3MET") Workshop, "Photoinduced Processes in a Low-Spin Cobalt(II)

Semiquinonate Complex", Bad Bergzabern, 16.10. - 18.10.2011,

2 Posterbeiträge, 1 Vortrag

10. Deutsche Physikerinnentagung, “Ultraschnelle transiente

Absorptionsspektroskopie an Xanthorhodopsin“, Saarbrücken, 03.11. -

06.11.2011, 1 Vortrag

Kolloquien, Seminare

1. R. Diller: Using Time-Resolved Infrared Spectroscopy for Probing Primar

Processes in Photochemistry

Insitut f. Physik. Chemie, Friedrich-Schiller-Universität Jena, 06.10.2010

2. R. Diller: Femtosecond Pump-Probe-Spectroscopy of Ni- and Co-complexes in solution

Gemeinsames Seminar Prof. Hübner, Prof. Krüger (FB Chemie), Prof. Diller,

TU Kaiserslautern, 19.01.2011

3. R. Diller: Chromophore-protein coupling as first step in light-driven membrane

transport

Research Initiative Membrane Transport, Spring Symposium 2011, Klostermühle

Münchweiler, 31. 03. - 01. 04. 2011

4. R. Diller: Ultrafast Photoinduced Processes in Phytochromes

Kolloquium "Phytochrome Intramolecular Function", Institut f. Pflanzenphysiologie,

Prof. J. Hughes, Justus Liebig Universität Giessen, 29.09.2011

47


Sonstiges

Katharina Chevalier:

Preis des Freundeskreises 2010

R. Diller ist ständiges Mitglied im Strahlzeit-Komitee des Freie-Elektronen-Lasers (FELBE)

in Dresden/Rossendorf

R. Diller ist seit November 2009 Mitglied im Scientific Advisory Committee (SAC) der

Strahlungsquelle ELBE im Forschungszentrum Dresden/Rossendorf (FZD)

R. Diller ist Mitglied im Landesforschungsschwerpunkt Membrantransport (RIMB)

R. Diller ist Mitglied im SFB/Transregio88 3MET

48


AG Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme

Theoretische Physik

Prof. Dr. Sebastian Eggert

Forschungsgebiete

Im Mittelpunkt der Forschung stehen Elektronensysteme, in denen die

Wechselwirkungen so stark sind, dass eine störungstheoretische Behandlung

ausgehend von unabhängigen Teilchen auch näherungsweise nicht mehr sinnvoll ist.

Anstelle dessen benötigt die theoretische Beschreibung alternative Konzepte in Form

von neuen kollektiven Anregungen, welche oftmals die Grundlage für interessante

physikalische Phänomene bilden, wie z.B. Supraleitung, Spin- und Ladungstrennung

und dem fraktionierten Quanten-Hall-Effekt. Wechselwirkungen spielen eine besonders

große Rolle in Systemen mit eingeschränkten Dimensionen, wie z.B. eindimensionalen

Quantendrähten, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und anderen nanodimensionierten

elektronischen Bauteilen. Auch Materialien mit intrinsisch eingeschränkten Dimensionen

zeigen interessantes stark korreliertes Verhalten mit dem berühmten Beispiel der

Hochtemperatur-Supraleitung in dotierten, quasi-zweidimensionalen Antiferromagneten.

Eine vielversprechende experimentelle Erweiterung der letzten Jahre sind auch ultrakalte

Atome in optischen Gittern mit denen eine Vielzahl von idealen Quantensystemen

verwirklichet werden können. In diesen Gebieten versuchen wir wichtige fundamentale

als auch experimentell relevante Vorhersagen zu machen, z.B. in Bezug auf

elektronische und thermodynamische Eigenschaften in der Gegenwart von

Verunreinigungen. Die Philosophie ist dabei das Vielteilchenverhalten in idealisierten

Modellsystemen möglichst genau zu verstehen, um dann sinnvolle Vorhersagen für

Anzeichen von kollektivem Verhalten auch in realistischen experimentellen Systemen

machen zu können.

Dabei ist es vorteilhaft analytische Rechnungen mit numerischen Quantensimulationen

zu kombinieren um ein möglichst vollständiges Verständnis zu erlangen. Die

analytischen Methoden basieren auf effektiven feldtheoretischen Beschreibungen, die

bei kleinen Temperaturen und großen Systemen asymptotisch exakt werden.

Numerische Methoden wie Quanten Monte Carlo Simulationen und die Dichte Matrix

Renormierungs Gruppe sind dagegen insbesondere bei höheren Temperaturen oder

endlichen Systemen sehr genau, so dass sie eine perfekte Ergänzung zu den

feldtheoretischen Rechnungen liefern. Die in der Arbeitsgruppe vereinte Erfahrung von

Numerik und analytischen Rechnungen erlaubt daher ein tiefgehendes Verständnis der

Vielteilchensysteme von verschiedenen Perspektiven.

Die Vorschungsvorhaben sind Teil der Bundesgraduiertenschule der Exzellenz MAINZ

(MAterial Science IN MainZ) und MATCOR (Materials with Strong Electronic Correlations),

des DFG Sonderforschungsbrereichs Transregio 49 (Condensed Matter Systems with

Variable Many-Body Interactions) und des Landesforschungszentrums OPTIMAS (Optical

and Material Sciences).

49


Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Sekretariat

Marina Frey

Postdoktoranden

Dr. Alexander Struck bis 09/2010

Dr. Alexis Metavitsiadis ab 12/2010

Dr. Raoul Dillenschneider ab 12/2010

Dr. Nicholas Sedlmayr (50 %) ab 01/2010

Dr. Andreas Kreisel (25 %) ab 07/2011

Dr. Xue-Feng Zhang ab 09/2011

Doktoranden

Dipl. Phys. Imke Schneider bis 09/2010

Dipl.-Phys. Stefan Söffing

Dipl.-Phys. Denis Morath ab 09/2011

Dipl.-Phys. Daniel Sellmann ab 02/2011

Diplomanden

Sebastian Kühn bis 03/2010

Jan Ohst bis 04/2010

Denis Morath bis 07/2011

Christoph Cappel ab 10/2011

Staatsexamenskandidat

Dominik Straßel bis 09/2010

Längerfristige Gastforscher

PhD Leonardo dos Santos Lima bis 02/2011

Xuefeng Zhang bis 10/2010

Abgeschlossene Dissertationen

Aug. 2010 Imke Schneider, The local density of states for interacting fermions –

a study of excitations in one dimension

50


Abgeschlossene Diplomarbeiten

Januar 2010 Jan Ohst, Wechselwirkende Quantendrähte mit inhomogenen Parametern

Juli 2011 Denis Morath, Monte Carlo Simulationen am Hubbard-Modell

Abgeschlossene Examensarbeit

Sept. 2010 Dominik Straßel, Thermodynamik und Magnetokalorik in gekoppelten

Spin-Dimer-Systemen

Drittmittelprojekte

1.) S. Eggert/M. Fleischhauer

Advanced numerical methods for correlated quantum gases

Transregio 49, Teilprojekt A5

TRR 49/1-2007, Juli 2007 – Juni 2011

2.) S. Eggert/M. Fleischhauer

Advanced numerical methods for correlated quantum gases

Transregio 49, Teilprojekt A5

TRR 49/2 2011, Juli 2011 – Dez. 2011

3.) S. Eggert

Transregio 49, Teilprojekt MGK

College for the advancement of postgraduate education

TRR 49/1-2007, Juli 2007 – Juni 2011

4.) S. Eggert

Transregio 49, Teilprojekt MGK

College for the advancement of postgraduate education

TRR 49/2-2011, Juli 2011 – Dez. 2011

5.) S. Eggert

Transregio 49, Teilprojekt B03

Correlations in doped antiferromagnets

TRR 49/1-2007, Juli 2007 – Juni 2011

6.) S. Eggert

Transregio 49, Teilprojekt B03

Correlations in doped antiferromagnets

TRR 49/2-2011, Juli 2011 – Dez. 2011

51


7.) S. Eggert

Graduiertenschule MAINZ

Materials Science in Mainz

Nov. 2007 – Okt. 2012

Kooperationen

Prof. Henrik Johannesson, University of Göteborg, Schweden

Prof. Ian Affleck, Univ. of British Columbia, Vancouver, Kanada

Prof. Stellan Östlund, University of Göteborg, Schweden

Prof. Young Kuk, Seoul National University, Korea

Dr. Satoshi Fujimoto, Kyoto University, Japan

Dr. Paata Kakashvili, Rice University, Houston, USA

Dr. Olav F. Syljuåsen, University of Oslo, Norwegen

Veröffentlichungen 2010--2011

Zeitschriften:

[1] Spectrum and screening cloud in the central spin model

Michael Bortz, Sebastian Eggert, and Joachim Stolze,

Phys. Rev. B 81, 035315 (2010).

[2] Recursive Method for the Density of States in One Dimension

Imke Schneider and Sebastian Eggert,

Phys. Rev. Lett. 104, 036402 (2010).

[3] Dynamics and decoherence in the central spin model using exact methods

Michael Bortz, Sebastian Eggert, Christian Schneider, Robert Stubner, Joachim

Stolze

Phys. Rev. B 82, 161308(R) (2010).

[4] Static impurities in a supersolid of interacting hard-core bosons on a triangular

lattice

Xue-Feng Zhang, Yu-Chuan Wen, and Sebastian Eggert

Phys. Rev. B 82, 220501(R) (2010).

[5] Non-Collinear Ferromagnetic Luttinger Liquids

N. Sedlmayr, S. Eggert, and J. Sirker

J. Phys.: Conf. Ser. 303, 012107 (2011).

[6] Spin wave calculation of the field-dependent magnetization pattern around an

impurity in Heisenberg antiferromagnets

52


Sergey Shinkevich, Olav F. Syljuåsen, and Sebastian Eggert

Phys. Rev. B 83, 054423 (2011).

[7] Electron scattering from domain walls in ferromagnetic Luttinger liquids

N. Sedlmayr, S. Eggert, and J. Sirker

Phys. Rev. B 84, 024424 (2011)

[8] Density profile of interacting Fermions in a one-dimensional optical trap

Stefan A. Söffing, Michael Bortz, and Sebastian Eggert

Phys. Rev. A 84, 021602(R) (2011)

[9] Supersolid phase transitions for hardcore bosons on a triangular lattice

Xue-Feng Zhang, Raoul Dillenschneider, Yue Yu, and Sebastian Eggert

Phys. Rev. B 84, 174515 (2011).

[10] Three-body interactions on a triangular lattice

Xue-Feng Zhang, Yu-Chuan Wen, Yue Yu

Phys. Rev. B. 83 184513 (2011)

[11] Spin density waves and domain wall interactions in nanowires

N. Sedlmayr, V.K. Dugaev, and J. Berakdar, Phys. Rev. B, 83, 174447 (2011).

[12] Charge and spin transport in magnetic nanowires

N. Sedlmayr, J. Berakdar, M.A.N. Araújo, V.K. Dugaev, and J. Barna, in

Nanowires Fundamental Research (Intech, Croatia) (2011).

[13] Indirect interaction of domain walls

N. Sedlmayr, V.K. Dugaev, M. Inglot, and J. Berakdar, Physica Status Solidi RRL, 5,

450 (2011).

Konferenzen, Kolloquien und Seminare 2010-2011

Eingeladene Vorträge und Kolloquien

1. S. Eggert

Calculating the dynamical density of states using DMRG

Invited talk 30.8.2010, International workshop on Density Matrix Renormalization

Group, Beijing, China

2. S. Eggert

Impurities in ordered, critical, frustrated, and supersolid systems

Invited talk at the 465. WE-Heraeus Seminar, Analytische und numerische

Methoden korrelierter Elektronen 27.9.2010, Bad Honnef.

53


3. I. Schneider

Die lokale Zustandsdichte wechselwirkender Fermionen in einer Dimension

Invited talk at the 465. WE-Heraeus Seminar, Analytische und numerische

Methoden korrelierter Elektronen 27.9.2010, Bad Honnef.

4. S. Eggert

The local density of states in one dimension

Condensed matter Colloquium, Universität Würzburg, 21. Januar 2010

5. S. Eggert

Viele Teilchen in wenigen Dimensionen:

Universalität in Antiferromagneten, Quantendrähten und ultra-kalten Gasen

Eingeladener Vortrag, Uni Göttingen 19.8.2010

6. S. Eggert

Universal impurity effects in antiferromagnets

Invited Colloquium at the University of Shan-Xi, China, 6.9.2010

7. S. Eggert

The local density of states in one dimension

Invited talk Condensed matter Colloquium, Universität Augsburg, 7. Dezember

2010

8. S. Eggert

Supersolidity in hard core boson systems

Invited talk Condensed matter Colloquium, Universität Wuppertal, 9. Mai 2011

9. Nicholas Sedlmayr

Electron Scattering from Domain Walls in Ferromagnetic Luttinger Liquids

Seminar at the Martin-Luther University, Halle, Germany. 2nd May 2011.

10. Nicholas Sedlmayr

Electron Scattering from Domain Walls in Ferromagnetic Luttinger Liquids

Seminar at the Max Planck Institute for Solid State Research, Stuttgart, Germany.

6th July 2011.

Sonstige Vorträge (summarisch per Konferenz)

1) 1 Beitrag Intern. workshop on New Trends in Quantum Magnetism

Orsay, France 2010

2) 3 Beiträge APS March Meeting, Portland, März 2010

3) 3 Beiträge DPG Frühjahrstagung Dresden März 2011

4) 3 Beiträge APS March Meeting, Dallas, März 2011

5) 2 Beiträge Korrelationstage, Dresden, 28.02.–04.03.2011

6) 1 Beitrag Int. Conference on Recent Progress in Many-Body Theories,

7) 1 Beitrag

Bariloche/Argentina, 28.11.-02.12.2011

CMMP11, Manchester, Dezember 2011

54


AG Theoretische Quantenoptik

Theoretische Physik

Prof. Dr. M. Fleischhauer

Forschungsgebiet

Das Arbeitsgebiet der AG sind theoretische Untersuchungen zur kohärenten Manipulation

der Wechselwirkung von quantisiertem Licht mit Atomen, die Quanteninformationsverarbeitung,

Vielteilchentheorie ultra-kalter atomarer Gase in reduzierten

Dimensionen, sowie Kohärenz- und Interferenzeffekte in Meta-Materialien.

• Kohärente Manipulation der Wechselwirkung von Licht mit Atomen für

Anwendungen in der nichtlinearen Quantenoptik und Photonik

Forschungsgegenstand ist hier die gezielte Beeinflussung der optischen Eigenschaften

atomarer Medien durch kohärente Strahlung sowie deren Anwendung für

Präzisionsmessungen und in der nichtlinearen Quantenoptik. Interferenzeffekte wie

elektromagnetisch induzierte Transparenz erlauben eine kohärente Kontrolle der

Propagation von Lichtpulsen sowie die Ausnutzung von Resonanzphänomen für

effiziente, nichtlineare Wechselwirkungen. Gegenstand der Forschung ist darüber hinaus

die Anwendung in neuartigen Materialien mit elektrischer und magnetischer Antwort und

darauf basierender Effekte wie negativer Brechung.

• Quanteninformationsverarbeitung mit atomaren Ensemblen und Photonen

Hier werden Verfahren zur kohärenten Kontrolle der Wechselwirkung von Licht und

atomarer Ensemble untersucht, und deren Anwendung zur Speicherung und

Verarbeitung von Quanteninformation studiert.

• Stark wechselwirkende Quantensysteme in reduzierten Dimensionen

Seit dem experimentellen Nachweis des Quantenphasenüberganges von einem Mott

Isolator zu einem superfluiden Gas ultrakalter, bosonischer Atome in einem

periodischen Potential, haben wechselwirkende entartete Quantengase in optischen

Gittern sowohl in der Quantenoptik und Atomphysik als auch in der Physik der

kondensierten Materie stark an Interesse gewonnen. Durch Verknüpfung stochastischer,

quantenoptischer Verfahren mit Methoden der Vielteilchentheorie wie der Dichtematrix

Renormierungsgruppe (DMRG) sowie der time-evolving block decimation (TEBD) werden

hier numerische Verfahren zur Beschreibung von Grundzustands- sowie dynamischer

Eigenschaften dieser Systeme entwickelt. Darüberhinaus werden Vielteilcheneffekte und

Phasen-übergänge in offenen Quantensystemen in stationären Zuständen einer

Liouville-Dynamik untersucht.

55


Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Postdoktoranden

Dr. Razmik Unanyan DFG, Land

Dr. Jürgen Kästel DFG bis 06/2010

Dr. Alexander Mering SFB-TR49 06/2010 – 04/2011

Dr. Johannes Otterbach DFG 10-12/2011

Doktoranden

Dipl.-Phys. Alexander Mering GRK/SFB-TR49 bis 06/20

MSc. David Dzsotjan EU/Carl-Zeiss Stiftung

Dipl.-Phys. Johannes Otterbach GRK bis 10/2011

Dipl.-Phys. Dominik Muth GRK/MATCOR

Dipl.-Phys. Michael Höning SFB-TR49 seit 06/2011

Dipl.-Phys. Matthias Moos SFB-TR49 seit 06/2011

Diplomanden

Thomas Werth bis 01/2010

Matthias Schneider bis 01/2010

Michael Höning bis 05/2011

Matthias Moos bis 05/2011

Gäste

Prof. Dr. G. Juzeliunas (Vilnius, Litauen) AvH mehrmalige Besuche 1 Monat

Dr. David Petrosyan (FORTH,Heraklion) OPTIMAS 3 Monate

keine

Technische Mitarbeiter

Sekretariat

Marina Frey gemeinsam mit Theoriekollegen

56


Drittmittelprojekte

Graduiertenkolleg 792 „Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik“

DFG, Gruppenantrag, Förderkennzeichen: GRK-792/3,

Förderzeitraum: 10/2006 – 03/2011, Verlängerung bis 09/2011

„Engineering, Manipulation and Characterization of Quantum States of Matter and Light-

EMALI“

EU, MC-RT Network, Förderkennzeichen: MRTN-CT-2006-035369,

Förderzeitraum: 10/2006 – 09/2010

„Advanced numerical methods for correlated quantum gases“

DFG, SFB-TR49, Teilprojekt A5, Förderkennzeichen: SFB-TR 49/1,

Förderzeitraum: 07/2007-06/2011

gemeinsam mit S. Eggert

„Advanced numerical methods for correlated quantum gases“

DFG, SFB-TR49, Teilprojekt A5, Förderkennzeichen: SFB-TR 49/2,

Förderzeitraum: 07/2011-06/2015

gemeinsam mit S. Eggert

„Effiziente Lichtspeicherung durch EIT und resonante 4-Wellenmischung“

Im Rahmen des BMBF Verbundantrages: „Quanten-Repeater-Plattform mit Methoden der

Quantenoptik QuOReP“

BMBF, Förderkennzeichen 01BQ1005

Förderzeitraum: 11/2010 – 10/2013

„Tayloring negative-index materials by electromagnetically induced transparency“

DFG, Einzelförderung, Förderkennzeichen: FL 210/14-1,

Förderzeitraum: 12/2007-11/2010

“Material Science in Mainz-MAINZ”

DFG, Graduiertenschule im Rahmen der Bundesexzellenzinitiative

Förderzeitraum: 11/2007-10/2012

„Single-particle dynamics and interactions of stationary-light polaritons“

DFG, Einzelförderung, Dr. Razmik Unanyan, Förderkennzeichen: UN 280/1-1,

Förderzeitraum: 05/2009 – 04/2012

Kooperationen

Während des Berichtszeitraumes bestanden Kooperationen mit folgenden auswärtigen

Arbeitsgruppen:

Prof. Dr. Mikhail Lukin Harvard University, Cambridge, U.S.A.

Prof. Dr. Susanne Yelin Univ. of Connecticut, Storrs, U.S.A.

Prof. Dr. G. Juzeliunas Vilnius Universität, Vilnius, Litauen

57


Prof. Dr. Nikolay Vitanov Universität Sofia, Bulgarien

Prof. Dr. Patrik Öhberg University of Strathclyde, Glasgow, UK

Dr. David Petrosyan FORTH, Heraklion, Greece

Prof. Dr. Chales Adams University of Durham, UK

Abgeschlossene Dissertationen

Dipl.- Phys. Alexander Mering Interacting bosons and fermions in

(06/2010) one-dimensional lattice potentials

Dipl.-Phys. Johannes Otterbach Single- and Many-Body Phenomena

(10/2011) of Dark-State Polaritons

Abgeschlossene Diplomarbeiten

Thomas Werth Schwach wechselwirkende

(01/2010) Dunkelzustandspolaritonen

Mathias Schneider Effektive Dynamik und Zerfall repulsiv gebundener

(01/2010) Paare im Bose-Hubbard Modell

Matthias Moos Badinduzierte Korrelationen in bosonischen

(05/2011) Gittermodellen

Michael Höning Badinduzierte Korrelationen und Liouville

(05/2011) Entropie in fermionischen Gittermodellen

Veröffentlichungen

Referierte Zeitschriftenartikel

[1] A. Mering and M. Fleischhauer

Fermion mediated long-range interactions of bosons in the 1D Bose-Fermi-Hubbard

model

Phys. Rev. A 81, 011603 (2010) (Rapid Communications)

[2] J. Otterbach, J. Ruseckas, R. G. Unanyan, G. Juzeliunas, and M. Fleischhauer

Effective magnetic fields for stationary light

Phys. Rev. Lett. 104, 033903 (2010)

[3] R. G. Unanyan, D. Muth, and M. Fleischhauer

Short-time vs. long-time dynamics of entanglement in quantum lattice models

Phys. Rev. A 81, 022119 (2010)

58


[4] G. Nikoghosyan and M. Fleischhauer

Photon-number selective group delay in cavity induced transparency

Phys. Rev. Lett. 105, 013601 (2010)

[5] D. Muth, M. Fleischhauer, and B. Schmidt

Discretized vs. continuous models of p-wave interacting fermions in 1D

Phys. Rev. A 82, 013602 (2010)

[6] A. V. Gorshkov, J. Otterbach, E. Demler, M. Fleischhauer, and M. D. Lukin

Photonic Phase Gate via an Exchange of Fermionic Spin Waves in a Spin Chain

Phys. Rev. Lett. 105, 060502 (2010)

[7] D. Muth, B. Schmidt, and M. Fleischhauer

Fermionization dynamics of a strongly interacting 1D Bose gas after an interaction

quench

New J. Phys. 12, 083065 (2010)

[8] D. Dzsotjan, A. S. Sørensen, and M. Fleischhauer

Quantum emitters coupled to surface plasmons of a nano-wire: A Green function

approach

Phys. Rev. B 82, 075427 (2010)

[9] D. Muth and M. Fleischhauer

Dynamics of pair correlations in the attractive Lieb-Liniger gas

Phys. Rev. Lett. 105, 150403 (2010)

[10] R. G. Unanyan, J. Otterbach, M. Fleischhauer, J. Ruseckas, V. Kudriasov, and G.

Juzeliunas

Spinor Slow-Light and Dirac particles with variable mass

Phys. Rev. Lett. 105, 173603 (2010)

[11] D. Muth, R. G. Unanyan, and M. Fleischhauer

Dynamical simulation of integrable and non-integrable models in the Heisenberg

picture

Phys. Rev. Lett. 106, 077202 (2011)

[12] E. Shahmoon, G. Kurizki, M. Fleischhauer, D. Petrosyan

Strongly interacting photons in hollow-core waveguides

Phys. Rev. A 83, 033806 (2011)

[13] A. Mering and M. Fleischhauer

Multi-band and nonlinear hopping corrections to the 3D Bose-Fermi Hubbard model

Phys. Rev. A 83, 063630 (2011)

[14] J. Ruseckas, V. Kudriasov, G. Juzeliunas, R. G. Unanyan, J. Otterbach, M.

Fleischhauer

59


Photonic band-gap properties for two-component slow light

Phys. Rev. A 83, 063811 (2011)

[15] D. Dzsotjan, J. Kästel and M. Fleischhauer

Dipole-dipole shift of quantum emitters coupled to surface plasmons of a nanowire

Phys. Rev. B 84, 075419 (2011)

[16] A. V. Gorshkov, J. Otterbach, M. Fleischhauer, T. Pohl, M. D. Lukin

Photon-Photon Interactions via Rydberg Blockade

Phys. Rev. Lett. 107, 133602 (2011)

[17] D. Petrosyan, J. Otterbach, and M. Fleischhauer

Electromagnetically induced transparency with Rydberg atoms

Phys. Rev. Lett. 107, 213601 (2011)

[18] D. Muth

Particle number conservation in quantum many-body simulations with matrix

product operators

J. Stat. Mech.: Theory Exp. P11020 (2011)

andere Artikel

[1] M. Fleischhauer

Switching Light by Vacuum

Science 333, 1228 (2011) (Science Perspective)

Beiträge zu Konferenzen, Kolloqiuen und Seminaren

Eingeladene Konferenzvorträge

M. Fleischhauer

1. “Single and many-body physics with stationary-light polaritons”

Hereaus Seminar „Mixed States of Light & Matter“ 10.02.2010

2. “Rydberg polaritons: many-body physics with interacting, heavy photons”

MPIPKS-ITAMP workshop Cold Rydberg Gases & Ultracold Plasmas,

Dresden, 08.09.2010

3. „Forschung und Lehre an der Universität Kaiserslautern“

Bi-Centennial Latin America Kolloquium der Alexander-von-Humboldt Stiftung

Mexico City, 06.06.2010

4. “Single and many-body physics with stationary-light polaritons”

Final conference of EU-RTN EMALI, Barcelona 24.09.2010

5. “Relativistic & many-body physics with slow-light polaritons”

SFB TR21 CO.CO.MAT workshop, Schloss Reisensburg 01.12.2010

60


6. “Spinor- & Rydberg polaritons”

Quantum Optics & New Materials IV, Peking, 27.01.2011

7. “Slow-light & Rydberg polaritons”

Plenarvortrag auf EGAS 2011, Fribourg, Switzerland, 29.06.2011

8. “Slow-light & Rydberg polaritons”

CAMEL 2011, Nessebar, Bulgaria, 05.07.2011

9. “Spinor- & Rydberg polaritons”

LPHYS‘ 11, Sarajevo, Bosnia-Herzegovina, 12.07.2011

10. “Quench dynamics of strongly interacting 1D Bose gases”

FINESS 2011, Heidelberg, 18.09.2011

11. “Rydberg polaritons”

Frontiers in Quantum Photon Science, Hamburg, 23.11.2011

12. “Polaritonics towards a photon-based quantum technology”

Future Perspectives in the Science of Light, MPI Erlangen, 24.11.2011

13. “Slow light in Rydberg gases”

workshop of EU- ITN „COHERENCE“, Heidelberg, 30.11.2011

J. Otterbach

1. „Relativistic Physics with Slow and Stationary Light“

New Frontiers in Graphene Physics, ECT, Trento, Italien, 04.2010

Sonstige Konferenzbeiträge

• DAMOP 2010, Houston, USA , 2 Poster (D. Muth, J. Otterbach), 2 Vorträge

(J.Otterbach, D. Muth),

• 450. WE-Heraeus Seminar, Bad Honnef, Poster (J. Otterbach)

• CUA Open-House 2010, Cambridge, MA, USA, Poster (J. Otterbach)

• Symposium des SFB/TRR49, Berlin, Poster (D. Muth)

• DPG Tagung 2010, Hannover, Vortrag (M.Fl.)….

• ICAP 2010, Cairns, Australien, 2 Poster (M.Fleischhauer, D. Muth, A. Mering)

• DMRG School 2010, Peking, Poster (D. Muth)

• KITP „Beyond optical lattices“ 2010, Santa Barbara, USA, 1 Poster (M.Fleischhauer,

D. Muth)

• KITP Konferenz “Frontiers of Ultracold Atoms and Molecules” 2010, Santa

Barbara, USA, Poster (D. Muth)

• Laser-Physics 2010, Ashtarak, Armenia, Poster (R.G. Unanyan, D. Muth and M.

Fleischhauer)

• DPG Tagung 2010, Hannover, verschiedene Kurzvorträge und Poster

• APS March meeting 2011, Dallas, USA, 2 Vorträge (M.Fleischhauer, J. Otterbach), 1

Poster (J. Otterbach)

61


• DAMOP 2011, Atlanta, USA, Poster (D. Muth), Poster (R.G. Unanyan, M.

Fleischhauer) Poster (M. Hoening, M. Moos, R.G. Unanyan, M. Fleischhauer)

• QDYCS 2011, Barcelona, Spanien, 1 Poster (D. Muth)

• MPIPKS-ITAMP workshop, Dresden, Poster (J. Otterbach)

• DPG Tagung 2011, Dresden, verschiedene Kurzvorträge und Poster

Kolloquien, Seminare

M. Fleischhauer

� TU München, QO Seminar, 01.2010

� Univ. Frankfurt, CondMat seminar, 01.2010

� Univ. Southampton, Condensed matter seminar, Southampton, U.K., 02.2010

� AMO Kolloquium Univ. Heidelberg, 02.2010

� CUA Seminar, MIT, Cambridge, USA, 02.2010

� Seminar des MPI für die Physik des Lichtes, Erlangen, 04.2010

� Seminar des MPIPKS, Dresden, 05.2010

� AMO colloquium, UC Berkeley, USA, 08.2010

� Laser Physics Seminar, RMKI Budapest, 07.2011

� Kolloquium und Seminar, Univ. of Singapoore, Singapoore, 08.2011

� Quantenoptikseminar, Univ. Innsbruck, Innsbruck, 09.2011

� Kolloquium ETH Zurich, 10.2011

J. Otterbach

� ECT*, Trento, Italien, 03.2010

� Quantenoptikseminar Lukin-group, Harvard, Cambridge, USA, 04.2010

� Quantenoptikseminar Lukin-group, Harvard, Cambridge, USA, 12.2010

� Quantenoptikseminar Rauschenbeutel-group, Wien, Österreich, 03.2011

� Quantenoptikseminar TU Kaiserslautern, 07.2011

� Quantenoptikseminar Lukin-group, Harvard, Cambridge, USA, 09.2011

M. Höning

� Seminar, Universität Potsdam, Mai 2011

R. Unanyan

� Vilnius University, Lithuania ,Oktober 2010

Sonstiges

M. Fleischhauer

Mitglied des Editorial Boards von Physical Review Letters und Divisional Associate Editor

für Quantenoptik (seit 11/2010)

Sprecher des Fachverbandes Quantenoptik und Photonik der DPG (bis 03/2010)

62


Mitglied des Auswahlausschusses für Institutspartnerschaften der Alexander-von-

Humboldt Stiftung

Dekan des Fachbereichs Physik und Mitglied des Senats der TU Kaiserslautern (seit

03/2010)

Sprecher des GRK 792 (bis 09/2011)

63


AG Integrierte Optoelektronik und Mikrooptik

Experimentalphysik / Technische Physik

Prof. Dr. Henning Fouckhardt

Forschungsgebiete

Der Name der Arbeitsgruppe beinhaltet den speziellen Aspekt der Miniaturisierung und

Integration optischer/optoelektronischer Bauelemente zu kompakten mikrooptischen

und integriert-optischen/optoelektronischen Modulen und Systemen.

Dabei ist die Miniaturisierung nie Selbstzweck, sondern immer mit den

Erfordernissen der Anwendung oder/und mit einer Verbesserung der Kenndaten

des Systems verbunden.

Die thematischen Schwerpunkte – inklusive der technologischen Realisierung und Optimierung

der Bauelemente und Systeme – waren im Berichtszeitraum:

� Mittelinfrarot-Halbleiterlaser des III/V-Materialsystems AlGaInAsSb,

� dichte Halbleiter-Quantendots durch Stranski-Krastanov-Wachstum,

� räumliche Manipulation der Emission von Breitstreifen-Halbleiterlasern,

� mikrofluidische Glasmodule in Verbindung mit aktiven/dynamischen

Mikrooptiken

� optische Wellenleitung,

� optische Lichtstreuung und Galois-Streuer,

� Quantenpunkt-Flash-Speicher.

Die Arbeitsgruppe befasste sich mit sehr unterschiedlichen Materialsystemen und

Bauelementen. In der breiten beherrschten Material- und Technologiepalette liegt eine

Stärke der Gruppe.

Die potenziellen Anwendungen reichen von der Mittelinfrarotspektroskopie und der

grundsätzlichen Optimierung von Hochleistungs-Halbleiterlasern über die Verbesserung

von Dünnschicht-Solarzellen und organischen Leuchtdioden sowie allen optischen

Mikroinstrumenten, bei denen während des Betriebs die optischen Parameter verändert

werden sollen, bis zur Verbesserung von Halbleiterspeichern. In all diesen Bereichen

können Mikrooptik und integrierte Optoelektronik als ’enabling technologies’ nützlich

sein.

Die Arbeiten beinhalten physikalische Grundlagenuntersuchungen, Technologieprozessentwicklungen

(inkl. Aufbau- und Verbindungstechnik), Entwicklungen von

Bauelementen und Modulen sowie die Systemoptimierung.

Die Arbeitsgruppe gehört dem Nanostrukturierungszentrum (nsc) an der TU Kaiserslautern

und dem Kompetenznetz OPTENCE Optische Technologien Hessen/Rheinland-Pfalz

an. Sie ist Mitglied im Graduierten-Kolleg 792 „Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik“.

64


Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Prof. Dr. Henning Fouckhardt Leiter

Dr. Christoph Döring

Technische Mitarbeiter

Udo Schmittat

Birgit Krupp

Sekretariat

Postdoktoranden

Dr. Dirk Hoffmann Land ab 15.07.10 bis 31.07.11

Dr. Thomas Löber DFG ab 01.09.11

Doktoranden/in

Dipl.-Phys. Dirk Hoffmann DFG bis 14.07.10

Dipl.-Phys. Eric Hein Stftg. Innov., BMBF, Land bis 30.04.11

Dipl.-Phys. Thomas Löber GRK 792 und Land bis 31.08.11

Dipl.-Biophys. Christina Kimmle DFG

Dipl.-Phys. Michael Jaax DFG

Dipl.-Ing. (FH) Markus Holzki extern bis 21.09.11

Dipl.-Phys. Carina Heisel DFG ab 01.11.11

Diplomanden/innen

Klaus Huthmacher bis 21.04.10

Michael Bauer bis 26.07.11

Carina Heisel bis 18.10.11

Anna Steuer ab 28.03.-20.12.11

Patrick Stüber ab 28.03.-20.12.11

Johannes Richter ab 19.09.11

Johannes Straßner ab 19.09.11

Mohammed Oulad Saiad ab 05.09.11

65


Hiwi - entfällt -

Gastwissenschaftler - entfällt -

Drittmittelprojekte

Breitstreifen-Antimonid-Laser (BAL) mit integriertem Transversalmodenselektor

Deutsche Forschungsgemeinschaft & Land

(Fo 157/31 & Land) bis 31.7.11

Dichte Antimonid-Halbleiter-Quantendots durch Selbstorganisation beim Trockenätzen

Graduiertenkolleg & Land

(GRK 792 & Land)

Technologie und optisches Streuverhalten von Glasoberflächen mit definierter Rauigkeit

Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation

(Stiftung Innovation 836) bis 31.3.10

Glasoberflächen definierter gewünschter Rauigkeit durch maskenloses Trockenätzen

BMBF

(BMBF WiVoPro 13N9451 & Land) bis 30.4.11

Dynamische Mikro-Iris

Deutsche Forschungsgemeinschaft im Schwerpunktprogramm 1337 „Aktive Mikrooptik“

(Fo 157/38 & Land)

Optische Galois-Streuer

Deutsche Forschungsgemeinschaft

(Fo 157/39 & Land)

Transversal monomodige Ga(As)Sb-Quantenpunkt-Antimonid-Breitstreifenlaser

Deutsche Forschungsgemeinschaft

(Fo 157/44) ab 1.9.11

Lichtfeldaufnahme auf Basis adaptierbarer plenoptischer Abbildungssysteme

Deutsche Forschungsgemeinschaft im Schwerpunktprogramm 1337 „Aktive Mikrooptik“

(Fo 157/45) ab 1.11.11

Hochfunktionale Speicher

BMBF-Unterauftrag im VIP-Projekt HOFUS von Prof. Dr. Dieter Bimberg, TU Berlin

ab 1.11.11

Kooperationen

Während des Berichtszeitraums bestanden Kooperationen mit den folgenden Arbeits-

66


gruppen:

Prof. Dr. Egbert Oesterschulze TU Kaiserslautern (gemeinsames DFG-Projekt im SPP)

Prof. Dr. Hans Zappe IMTEK, Univ. Freiburg (DFG SPP-Koordination)

PD Dr. Wolfgang Mönch IMTEK, Univ. Freiburg (gemeinsam. DFG-Projekt im

SPP)

Prof. Dr. Matthias Brinkmann Physik, FH Darmstadt (Kooperation)

Prof. Dr. Shunping Chen Physik, FH Darmstadt (Kooperation)

Prof. Dr. Andreas Tünnermann FhG IOF & Univ. Jena (gemeinsames DFG-Projekt im

SPP)

Prof. Dr. Wolfgang Osten ITO, Univ. Stuttgart (gemeinsames DFG-Projekt im

SPP)

Dr. Ramona Eberhardt FhG IOF, Jena (gemeinsames DFG-Projekt im SPP)

Dr. Sylvia Gebhardt FhG IKTS, Dresden (gemeinsames DFG-Projekt im SPP)

Prof. Dr. Peter Michler IHFG, Univ. Stuttgart (gemeinsames DFG-

Projekt im SPP)

PD Dr. Joachim Stumpe FhG IAP & Univ. Potsdam (gemeins. DFG-Projekt im

SPP)

Prof. Dr. Dieter Bimberg TU Berlin (Unterauftrag der TU Berlin)

Prof. Dr. Axel Lorke Univ. Duisburg-Essen (Kooperation im Bimberg-

Projekt)

Dissertationen

Dirk Hoffmann Antimonid-Breitstreifenlaser mit integrierter Fourieroptischer

Transversalmodenselektion

Prüfung am 14.07.10

Eric Hein Optisch streuende Glasoberflächenrauigkeiten durch

Selbstmaskierung beim reaktiven Trockenätzen

Prüfung am 15.04.11

Markus Holzki Faseroptischer Evaneszenzfeld-Absorptionssensor mit

dielektrophoretischer Anreicherung des Analyten

Prüfung am 21.09.11

Thomas Löber Ga(As)Sb-Quantenpunkte und -Quantenpunkt-Laser

Prüfung am 19.10.11

Diplomarbeiten

Klaus Huthmacher Antimonid-Breitstreifenlaser mit integrierter

Transversalmoden-selektion

Abgabe: 21.04.10

67


Michael Bauer Optimierung einer Fourier-optischen

Transversalmodenselektion in Breitstreifenlasern

Abgabe: 26.07.11

Carina Heisel Elektrisch gepumpte Breitstreifenlaser mit Ga(As)Sb-

Quanten-punkten

Abgabe: 18.10.11

Anna Steuer Dynamische Makro- und Mikro-Irisblenden

Abgabe: 20.12.11

Patrick Stüber Untersuchungen zur Opto-Elektrobenetzung bei

wellengeleitetem Licht

Abgabe: 20.12.11

Staatsexamensarbeiten - entfällt -

Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel, Buch

1 Self-masking controlled by metallic seed-layer during glass dry-etching for optically

scattering surfaces

E. Hein, D. Fox, H. Fouckhardt

J. Appl. Phys. 107, 3 (2010) 033301 (6 pages)

2 Multitude of glass surface roughness morphologies as a tool box for dosed optical

scattering

H. Fouckhardt, E. Hein, D. Fox, M. Jaax

Appl. Opt. 49 (2010) 1364-1372

3 Broad area lasers with monolithically integrated transverse mode selector

D. Hoffmann, K. Huthmacher, Chr. Doering, H. Fouckhardt

Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 181104 (3 pages)

4 Internal transverse mode selection in folded-resonator antimonide broad area lasers

H. Fouckhardt, D. Hoffmann, K. Huthmacher, Chr. Doering

J. Opt. Comm. 31 (2010) 168-172

5 Compact dynamic microfluidic iris for active optics

Chr. Kimmle, U. Schmittat, Chr. Doering, H. Fouckhardt

Micfroelectron. Engineer. - special issue on MicroNanoEngineering Conference

(2010) doi:10.1016/j.mee. 2010.12.050 (3 pages)

6 Halbleiterlaser – unter Verwendung Fourier-optischer Methoden

H. Fouckhardt

Vieweg+Teubner Springer Fachmedien Wiesbaden (2011) 290 pages

68


7 Glass surface modification by lithography-free reactive ion etching in an Ar/CF 4plasma

for controlled diffuse optical scattering

E. Hein, D. Fox, H. Fouckhardt

Surf. & Coat. Technol. 205 (2011) S419-S424; doi: 10.1016/j.surfcoat.2011.03.001

8 Lithography-free glass surface modification by self-masking during dry-etching

E. Hein, D. Fox, H. Fouckhardt

J. Nanophoton. 5 (2011) 051703; doi:10.1117/1.3586787

9 Dense lying self-organized GaAsSb quantum dots on GaAs for efficient lasers

Th. Loeber, D. Hoffmann, H. Fouckhardt

Beilstein J. Nanotechnol. 2 (2011) 333-338; doi: 10.3762/bjnano.2.39

Veröffentlichte Konferenzbeiträge (referiert)

1. Glass surface structuring for dosed optical scattering

E. Hein, D. Fox, H. Fouckhardt

Proceedings OSA Optics and Photonics Congress. Advanced Photonics and

Renewable Energy. Topical Meeting on Solid-State and Organic Lighting (SOLED)

Karlsruhe, Germany (2010 – 6/21-6/24). SOThB5 (2010) (2 pages)

2. Lithography-free surface modification by self-masking during glass dry-etching.

E. Hein, D. Fox, H. Fouckhardt

Proceedings SPIE Optics+Photonics 2010. NanoScience+Engineering Conference.

San Diego, California, USA (2010 - 8/1-8/5). SPIE 7764 (2010) 77640P (9 pages)

3. Dynamic iris – two alternative concepts

Chr. Kimmle, Chr. Doering, H. Fouckhardt

Proceedings of the MicroNanoEngineering Conference 2010. Genua, Italy (2010 -

9/19-9/22) (2 pages)

4. Broad area lasers with folded-resonator geometry for integrated transverse mode

selection

D. Hoffmann, K. Huthmacher, Chr. Doering, H. Fouckhardt

Proceedings SPIE Photonics West San Francisco (2011 – 1/23-1/27) Vol. 7953

(2011) 79531R 1-7; doi:10.1117/12.873378 – in A.A. Belyanin, P.M. Smowton

(Eds.): Novel in-plane semiconductor lasers X

5. Dense lying GaSb quantum dots on GaAs by Stranski-Krastanov growth

Th. Loeber, D. Hoffmann, H. Fouckhardt

Proceedings SPIE Photonics West San Francisco (2011 – 1/23-1/27) Vol. 7947

(2011) 79470N 1-10; doi:10.1117/12.873537

6. Monolithic integration of transverse mode selectors with antimonide broad area

lasers

Chr. Doering, D. Hoffmann, K. Huthmacher, H. Fouckhardt

submitted to Proceedings Information Photonics 2011 Ottawa (2011) (2 pages)

7. In-situ reflectance anisotropy spectroscopy (RAS) for doping control during MBE

growth of AlGaInAsSb laser structures

D. Hoffmann, Th. Loeber, H. Fouckhardt

EURO-MBE (2011 – 3/20-3/23) L’Alpe d’Huez, France (2011)

69


8. Compact dynamic microfluidic iris array

Chr. Kimmle, U. Schmittat, Chr. Doering, H. Fouckhardt

Proceedings SPIE Optical Engineering and Applications San Diego (2011)

Beiträge zu Konferenzen, Kolloquien und Seminaren

Eingeladene Vorträge auf Konferenzen

� H. Fouckhardt: Fourier-Optik in der Integration: Breitstreifen-Halbleiterlaser mit

monolithisch-integrierten Fourier-optischen Transversalmodenselektoren. 26.

ITO-Kolloquium, Universität Stuttgart (23.02.2011)

Sonstige Konferenzbeiträge

� H. Fouckhardt für E. Hein, D. Fox, H. Fouckhardt: Glass surface modification by lithography-free

reactive ion etching in an Ar/CF4-plasma. Proceedings Conference

on Plasma Surface Engineering PSE (2010) Garmisch-Partenkirchen

Kolloquien, Seminare

� H. Fouckhardt: Raue Glasoberflächen durch Selbstmaskierung beim maskenlosen

Trokkenätzen (für Anwendungen der optischen Streuung). Kolloquium des

Instituts für Physikalische Elektronik der Universität Stuttgart (29.03.2011)

70


AG Optische Technologien und Photonik

Experimentalphysik / Technische Physik

Prof. Dr. Georg von Freymann

Forschungsgebiete

Die Forschung der Arbeitsgruppe konzentriert sich auf drei Themenschwerpunkte:

(i) Dreidimensionale Laserlithographie, (ii) Photonische Eigenschaften

dreidimensionaler Strukturen und (iii) Ultraschnelle Messtechnik mit optischen

Verfahren. Alle drei Gebiete befinden sich über den Berichtszeitraum noch im

Aufbau.

(i) Durch den Einsatz von räumlicher und perspektivisch auch zeitlicher Formung

ultrakurzer Laserimpulse untersuchen wir, ob sich die Auflösungsgrenzen der

Laserlithographie nicht noch deutlich unter die bisher erreichten 80 nm reduzieren

lassen. Hierzu benutzen wir räumliche Lichtmodulatoren und entsprechende

Algorithmen, die die Intensitätsverteilung im Fokus berechnen. Desweiteren

untersuchen wir den Einsatz von stark streuenden Medien als neuartige Objektive,

die theoretisch aberrationsfrei betrieben werden können. Formung der

Intensitätsverteilung erlaubt zudem eine Beschleunigung der Schreibprozesse. Als

eine vielversprechende Anwendung untersuchen wir den Einfluss

dreidimensionaler Strukturen auf das Anwachsen unterschiedlicher Zelltypen, um

die Verträglichkeit von Implantaten zu verbessern.

(ii) Die dreidimensionale Laserlithographie nutzen wir als Werkzeug, um neuartige

optische Materialien herzustellen und spektroskopisch zu charakterisieren. Im

Berichtszeitraum haben wir an Materialien mit deterministisch aperiodischen

Potentialen gearbeitet, die ganz unterschiedliches Streuverhalten zeigen je nach

zugrundeliegender mathematischer Folge. Desweiteren haben wir Vorarbeiten zu

Herstellung dreidimensionaler Metamaterialien mittels Elektrochemie,

Atomlagendeposition und direktem Laserschreiben getroffen, die uns die

Untersuchung der optischen Eigenschaften an Proben ermöglichen werden, die

entlang aller Raumrichtungen mehrere Wellenlängen ausgedehnt sind und damit

erstmals echte Bulkeigenschaften im nahinfraroten Spektralbereich zeigen

können.

(iii) Zur Erzeugung elektronischer Signale mit THz-Bandbreite fokussieren wir zeitlich

geformte ultrakurze Laserimpulse auf photoleitende Schalter aus LT-GaAs, um

ähnlich einem Funktionsgenerator quasi beliebige Signalformen zu erzeugen. Zur

messtechnischen Erfassung dieser Signale entwickeln wir elektrooptische

Modulatoren, die die elektronischen Signale einem gechirpten Laserimpuls

aufprägen, der anschließend durch den Einsatz dispersiver Elemente zeitlich derart

gestreckt wird, das eine Messung mit konventioneller Elektronik möglich wird.

Diese Messtechnik wird die Echtzeiterfassung von Signalen bis in den THz-Bereich

hinein erlauben und damit kommerziell erhältliche Messtechnik um nahezu zwei

Größenordnungen übertreffen.

Die Arbeiten werden im Berichtszeitraum durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft,

das Landesforschungszentrum OPTIMAS und die Fraunhofer Gesellschaft gefördert.

71


Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Doktoranden

Dipl.-Phys. Erik Waller DFG (seit November 2010)

Dipl.-Phys. Michael Renner DFG (seit Oktober 2010)

Dipl.-Phys. Jan Marc Stockschläder Fachbereichsstipendium (seit August 2011)

Dipl.-Phys. Jan-Martin Rämer Fachbereichsstipendium (seit Juni 2011)

Dipl.-Phys. Stefan Weber Fachbereichsstipendium (seit Mai 2011)

Dipl.-Phys. Christoph Reinheimer Fachbereichsstipendium (seit Juli 2011)

Dipl.-Biophys. Judith Hohmann DFG/Fachbereichsstipendium (seit Oktober 2011)

Diplomanden

Martin Kolb ab Mai 2011

Silver Star Victor ab August 2011

Technischer Mitarbeiter

Peter Frohnhöfer

Sekretariat

Heike Buchinger

Drittmittelprojekte

DFG Emmy Noether Nachwuchsgruppe FR 1671/4-3 und 4-4

Herstellung und Charakterisierung dreidimensionaler photonischer Kristalle mit

funktionalen Elementen für den sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich

DFG SPP 1372 FR 1671/6-1

Dreidimensionale, biphasische und funktionalisierte Nanostrukturen auf

Titanoberflächen für Zahnimplantate

Kooperationen

Im Berichtszeitraum bestanden Kooperationen mit

Prof. Dr. Martin Wegener (Karlsruher Institut für Technologie)

Prof. Dr. Rudolf Steiner (Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik,

Ulm)

Prof. Dr. Geoffrey A. Ozin (University of Toronto, Kanada)

72


Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

Hier sind alle Veröffentlichungen aus dem Berichtszeitraum aufgeführt, auch solche, die

noch nicht am Standort Kaiserslautern erarbeitet wurden.

� Hierarchical Nanoparticle Bragg Mirrors – Tandem and Gradient Architectures

E. Redel, C. Huai, M. Renner, G. von Freymann, G. A. Ozin

Small 7, 3465 (2011)

� Direct laser writing for active and passive high-Q polymer microdisks on silicon

T. Grossmann, S. Schleede, M. Hauser, T. Beck, M. Thiel, G. von Freymann, T. Mappes,

H. Kalt

Optics Express 19, 11451 (2011)

� Three-dimensional Biofunctionalized Patterns of Composite-Polymer Scaffolds for

Controlled Cell Adhesion

F. Klein, B. Richter, Th. Striebel, C. M. Franz, G. von Freymann, M. Wegener, and M.

Bastmeyer

Adv. Mater. 23, 1341 (2011)

� Künstliche chirale Materialien - Wenn das Licht den Dreh raus hat

M. Thiel, J. K. Gansel, M. Wegener, and G. von Freymann

Physik in unserer Zeit 42, 70 (2011)

� Waveguides in three-dimensional photonic-band-gap materials by direct laser

writing and silicon double inversion

I. Staude, G. von Freymann, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener

Opt. Lett. 36, 67 (2011)

� Direct laser writing of three-dimensional submicron structures using a continouswave

laser at 532 nm

M. Thiel, J. Fischer, G. von Freymann, and M. Wegener

Appl. Phys. Lett. 97, 221102 (2010)

� The materials challenge in diffraction-unlimited direct-laser-writing optical

lithography

J. Fischer, G. von Freymann, and M. Wegener

Adv. Mater. 22, 3578 (2010)

� Rhombicuboctahedral three-dimensional photonic quasicrystals

73


A. Ledermann, M. Wegener, and G. von Freymann

Adv. Mater. 22, 2363 (2010)

� Three-dimensional nanostructures for photonics

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener

Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010)

� Fabrication and characterization of silicon woodpile photonic crystals with a

complete bandgap at telecom wavelengths

I. Staude, M. Thiel, S. Essig, C. Wolff, K. Busch, G. von Freymann, and M. Wegener

Opt. Lett. 35, 1094 (2010)

� Elastic fully three-dimensional microstructure scaffolds for cell force

measurements

F. Klein, T. Striebel, J. Fischer, Z. Jiang, C.M. Franz, G. von Freymann, M. Wegener, M.

Bastmeyer

Adv. Mater. 22, 868 (2010)

� Three-dimensional chiral photonic superlattices

M. Thiel, H. Fischer, G. von Freymann, and M. Wegener

Opt. Lett. 35, 166 (2010)

Konferenzbeiträge, Kolloquien und Seminare

Eingeladene Vorträge

1. 3D laserlithography – a versatile tool for nanotechnology

G. von Freymann, Seminar, Center for Nanoscale Systems, Harvard University,

USA, November 30 th 2011

2. Towards smaller feature sizes in DLW

G. von Freymann, MRS Fall meeting 2011, Boston, USA, November 27 th -December

2 nd 2011

3. 3D laserlithography – a versatile tool for nanotechnology

G. von Freymann, Seminar on nanophotonics, Technion Haifa, Israel, 30. Mai

2011

4. 3D laserlithography – a versatile tool for nanotechnology

G. von Freymann, Seminar on nanotechnology, Hebrew University Jerusalem,

Israel, 29. Mai 2011

5. Towards designer extracellular matrices

G. von Freymann, Biophysikalisches Kolloquium, Technische Universität

Kaiserslautern, 17. April 2011

6. Three-dimensional photonic quasicrystals

74


G. von Freymann, LASERLAB user meeting, Universität Pisa, Italien, 27.-29. März

2011

7. 3D laserlithography – A versatile tool for nanotechnology

G. von Freymann, ITO Kolloquium, Institut für technische Optik, Universität

Stuttgart, 23. Februar 2011

8. Three-dimensional laserlithography

G. von Freymann, Seminar Palo Alto Research Center, Palo Alto, CA, USA, January

24 th , 2011

9. Direct Laser Writing for Nanophotonics

G. von Freymann, M. Thiel, J. Fischer, I. Staude and M. Wegener, Photonics West

2011, San Francisco, CA, USA, January 24-28, 2011

10. Three-dimensional laserlithography

G. von Freymann, JNTE 2010 workshop, 24.-26.11.2010, Palaiseau, Frankreich

11. Three-dimensional photonic metamaterials

G. von Freymann, Japan-German Frontiers of Science meeting, 11.-14.11.2010,

Potsdam

12. Three-dimensional laser lithography

G. von Freymann, Sino-German Workshop on Laserscience and Applications, 2.-

6.10.2010, Wuhan, China

13. Novel Optical Materials and Devices by Direct Laser Writing

G. von Freymann, S. Linden, M. Wegener, M. Thiel, M. S. Rill, M. Decker, and J.

Gansel, OSA Optical Fabrication and Testing, June 13–17, 2010, Jackson Hole,

Wyoming, USA

14. Complex 3D nanostructures for photonics and biology

G. von Freymann, Chemie-Kolloquium, University of Toronto, 25.5.2010

15. Complex 3D nanostructures for photonics

G. von Freymann, Physikalisches Kolloquium, Universität Oldenburg, 26.4.2010

16. 3D Silicon photonic crystals

G. von Freymann, DPG Frühjahrstagung, Regensburg

17. Three-dimensional gold-helix photonic metamaterials made via two-photon direct

laser writing

J. K. Gansel, M. Thiel, M. Rill, M. Decker, K. Bade, V. Saile, G. von Freymann, S.

Linden, M. Wegener, Photonics West 2010, San Francisco, CA, January 23-28,

2010

18. Design and fabrication of three-dimensional rhombicuboctahedral photonic

quasicrystals

G. von Freymann, A. Ledermann, and M. Wegener, Photonics West 2010, San

Francisco, CA, January 23-28, 2010

Sonstige Konferenzbeiträge

1. Fabrication and characterization of 3D deterministic aperiodic structures

Michael Renner, Martin Wegener, and Georg von Freymann, CLEO 2011,

Baltimore, MD, USA, May 1-6, 2011

75


2. Low-threshold whispering-gallery dye lasers by planar and 3D lithography on

silicon

Tobias Grossmann, Simone Schleede, Mario Hauser, Torsten Beck, Michael Thiel,

Georg von Freymann, Timo Mappes, and Heinz Kalt, CLEO 2011, Baltimore, MD,

USA, May 1-6, 2011

3. Three-Dimensional Laser Lithography with Conceptually Diffraction-Unlimited

Lateral and Axial Resolution

Joachim Fischer, Tolga Ergin, Georg von Freymann, and Martin Wegener, CLEO

2011, Baltimore, MD, USA, May 1-6, 2011

Sonstiges

Georg von Freymann

Member program committee Photonics West 2011, MOEMS-MEMS conference

Member program committee Photonics West 2010, MOEMS-MEMS conference

Gruppenleiter THz-Optoelektronik, Fraunhofer IPM, seit 2011

76


AG Magnetismus

Experimentalphysik / Technische Physik

Prof. Dr. Burkard Hillebrands

Forschungsgebiete

Die Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe Magnetismus liegen schwerpunktmäßig im

forschungsfeld Spindynamik, ergänzt durch Untersuchungen zur Herstellung und

Eigenschaftscharakterisierung magnetischer Schichtsysteme und Nanostrukturen. Ein

zentraler Forschungsgegenstand sind Spinwellen und ihre quantisierten Anregungen,

die Magnonen, die in einer Vielzahl von physikalischen Fragestellungen untersucht

werden.

Als zentrale Untersuchungsmethode wird die Brillouin-Lichtstreu-Spektroskopie (BLS) in

verschiedenen Varianten und Aufbauten eingesetzt. Die wichtigsten sind neben der

konventionellen BLS die BLS-Mikroskopie sowie zeit- und phasenauflösende

Apparaturen. Weitere experimentelle Standbeine sind Mikrowellentechniken zur

Untersuchung der Spindynamik sowie Messverfahren, die auf dem magneto-optischen

Kerr-Effekt beruhen, darunter zeitaufgelöste Kerr-Effekt-Mikroskopie und eine Apparatur

zur Messung des quadratischen Kerr-Effekts. Zur Herstellung von Proben werden in der

Arbeitsgruppe zwei Molekularstrahlepitaxie-Maschinen eingesetzt. Zur Herstellung von

Nano- und Mikrostrukturen ist das Nano Structuring Center der TU Kaiserslautern

eingebunden.

Das Spektrum der bearbeiteten Projekte reicht von physikalischen Grundlagen bis hin zu

konkreten Anwendungen in Industrieprojekten, insbesondere auf dem Gebiet der

Magnetosensorik. Hierdurch werden den Gruppenmitgliedern vielfältige und konkrete

Einblicke in die ganze Breite der physikalischen Forschung vermittelt.

Die laufenden Projekte teilen wir in folgende Arbeitsgebiete ein:

● Magnonengase und -Kondensate: Magnonengase sind ein exzellentes Modellsystem

zur Untersuchung von Systemen mit internen, einstellbaren Wechselwirkungen. Hierzu

bearbeiten wir kollektive Effekte und Instabilitäten, insbesondere im Umfeld der Bose

Einstein-Kondensation. Dieses grundlagenphysikalische Projekt wird im Transregio

Sonderforschungsbereich 49 „Condensed Matter Systems with Variable Many-Body

Interactions“ durchgeführt, zu welchem sich Arbeitsgruppen aus Frankfurt,

Kaiserslautern und Mainz zusammengeschlossen haben.

● Magnon-Spintronik: Dieses Gebiet umfasst die auf Magnonen basierende

Informationsverarbeitung und ist eine Weiterentwicklung der traditionellen Elektronik

(Nutzung des Elektrons) und der Spintronik (Nutzung des Spins des Elektrons).

Gegenstand der Arbeiten sind die Übertragung von Information zwischen Spin/Elektron

und Magnon, sowie die Verarbeitung von Magnon-basierter Information. Wichtige

untersuchte physikalische Effekte sind der Spin-Hall-Effekt, nichtlineare Drei- und

Viermagnonenprozesse, parametrische Pumpmechanismen und lineare und nichtlineare

Wellenleiterphänomene.

● Magnonische Kristalle: Diese sind periodische magnetische Objekte, in welchen die

Bragg-Reflektion von Spinwellen besondere Funktionalitäten ermöglicht. Zum Beispiel

können spezielle miniaturisierte Frequenzfilter im GHz-Bereich realisiert werden. Im

Zentrum des Interesses stehen schaltbare magnonische Kristalle, welche neue Effekte

77


und Funktionalitäten, wie zum Beispiel Zeitinverter und Frequenzinverter auf der GHz

Frequenzskala, ermöglichen.

● Spinkalorischer Transport: Ein Temperaturgradient in einer magnetischen Schicht kann

einen großen Magnonenstrom erzeugen. Dessen Funktionalisierung, zum Beispiel zur

Verstärkung von Spinwellen, steht im Zentrum der Forschungsarbeiten. Die Arbeiten

erfolgen im Rahmen des im Jahre 2011 neu eingerichteten DFG-Schwerpunktprogramms

1538 „Spin-Caloric Transport (SpinCaT)“, in dem wir zwei Magnon-basierte Projekte

bearbeiten.

● Neue Materialien, insbesondere Heusler-Verbindungen: neue Materialien, besonders

solche mit einer sehr kleinen magnetischen Dämpfung, werden mit hoher Priorität

gesucht. Wir arbeiten an Fragestellungen zur nichtlinearen Spinwellendynamik und zur

Abstrahlcharakteristik von kleinen Nanostrukturen auf Heusler-Materialbasis. Diese

Untersuchungen führen wir gemeinsam mit Forschern der Tohoku-Universität Sendai und

der Universität Mainz im Rahmen der deutsch-japanischen Forschergruppe „Advanced

Spintronic Materials and Transport Phenomena (ASPIMATT)“ durch, welche gemeinsam

von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und Japanese Science and Technology

Agency gefördert wird. Eine weitere Materialklasse stellen magnetische Schichtsysteme

dar, die durch Ionenbeschuss magnetisch modifiziert werden.

● Angewandte Spintronik: Gegenstand von verschiedenen Industrieprojekten ist die

Nutzbarmachung dynamischer Prozesse für Anwendungen. Ein Beispiel ist die

Realisierung von magnetischen Speicherbausteinen im low-cost-Bereich mit

vergrößerter Stabilität.

Die Forschungsprojekte wurden während des Berichtszeitraums durch das Land

Rheinland-Pfalz, die Deutsche Forschungsgemeinschaft, das Bundesministerium für

Bildung und Forschung, die Europäische Kommission sowie dem

Landesforschungszentrum OPTIMAS unterstützt.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Wissenschaftliche MitarbeiterInnen:

Dr. Gerhard Baldsiefen Land/BMBF (bis 09/10)

Dr. Andreas Beck Land (bis 01/11)

Dr. Andrii Chumak DFG/Land (seit 06/07)

Dr. Andrés Conca Parra BMBF/Land (seit 08/07)

Dr. Jaroslav Hamrle Land (bis 01/10)

Dr. Britta Leven Akad. Oberrätin

Dr. Thomas Schneider DFG (bis 11/10)

Dr. Helmut Schultheiss DFG (07/10 - 09/10)

Dr. Alexander Serga Land

Dr. Vitaliy Vasyuchka DFG (seit 01/08)

DoktorandInnen:

Dipl.-Phys. Milan Agrawal GSC MAINZ (seit 11/10)

Dipl.-Phys. Thomas Brächer DFG (seit 12/10)

Mast. Sci. Florin Ciubotaru EU (seit 09/07)

78


Dipl.-Phys. Peter Clausen DFG (seit 10/10)

Dipl.-Phys. Frederik Fohr DFG (bis 10/11)

Dipl.-Phys. Benjamin Jungfleisch DFG (seit 01/10)

Dipl.-Phys. Lisa Kleinen BMBF/Land (bis 09/10)

Dipl.-Phys. Thomas Langner DFG (seit 09/11)

Dipl.-Phys. Roland Neb DFG (seit 08/07)

Dipl.-Phys. Björn Obry GRK/DFG (seit 03/09)

Dipl.-Phys. Philipp Pirro Carl-Zeiss-Stiftung (seit 01/10)

Dipl.-Phys. Ana Ruiz-Calaforra BMBF/Land (seit 07/09)

Dipl.-Phys. Christian Sandweg DFG (bis 09/10)

Dipl.-Phys. Sebastian Schäfer DFG (bis 10/10)

Dipl.-Phys. Thomas Sebastian DFG (seit 01/10)

Dipl.-Phys. Helmut Schultheiß DFG/Land (bis 06/10)

Dipl.-Phys. Katrin Vogt Carl-Zeiss-Stiftung (seit 03/10)

Dipl.-Phys. Georg Wolf BMBF/Land (bis 12/11)

DiplomandInnen:

Thomas Brächer 12/09 - 11/10

Peter Clausen 03/09 - 06/10

Thomas Langner 05/10 - 05/11

Viktor Lauer 12/11 -

Thomas Meyer 04/11 -

Katrin Vogt 02/09 - 02/10

Jan Westermann 03/11 -

Technische Mitarbeiter:

Klaus-Peter Frohnhöfer 09/09 - 10/10

Eugen Momper 03/10 - 09/11

Dipl.-Ing. (FH) Dieter Weller

Verwaltung:

Sibylle Müller

Dr. Isabel Sattler

Gäste

Dmytro Bozhko (University of Kiev, Ukraine), 09/11 - 11/11

Dr. Natalia Grigoryeva (St. Petersburg Electrotechnical University, Russland),

01/10 - 03/10, 08/10 - 09/10, 04/11 - 06/11

Olatz Idigoras (NCRC, San Sebastian, Spanien), 05/11 - 06/11

Yosuke Kajiwara (Tohoku University, Japan), 09/10 - 11/10

Dr. Mikhail Kostylev (University of Perth, Australien), 08/10 - 10/10

Tomohiro Koyama (Kyoto University, Japan), 10/10

Prof. Gennadii Melkov (University of Kiev, Ukraine), 07/11 - 08/11

Yoichi Shiota (Osaka University, Japan), 01/10 - 03/10

79


Prof. Andrei Slavin (Oakland University, U.S.A.), 05/10 - 06/10, 06/11 - 07/11

Denys Slobodianiuk (University of Kiev, Ukraine), 09/11 - 11/11

Prof. Vasyl Tiberkevich (Oakland Unviersity, U.S.A.), 05/10 - 06/10

Drittmittelprojekte

� Kollektive Effekte und Instabilitäten in Magnongasen,

Teilprojekt A7 des SFB/TRR49, DFG

� Magneto-Optische Untersuchungen und Ionenstrahlmodifikation von Materialien mit

hoher Spinpolarisation, in Forschergruppe 559 „Materialien mit hoher

Spinpolarisation“, DFG

� Untersuchung neuer Heusler-Verbindungen mit großer Spinpolarisation,

in Forschergruppe 559 „Materialien mit hoher Spinpolarisation“, DFG

� Nichtlineare Spinwellendynamik und Abstrahl-Eigenschaften von kleinen Heusler-

Strukturen, in DFG/JST-Forschergruppe 1464 Advanced Spintronic Materials and

Transport Phenomena (ASPIMATT), DFG

� Erzeugung einer kohärenten Magnetisierungsrotation durch ultrakurze Laserpulse im

DFG-Graduiertenkolleg 792 „Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik“

� Magnonen-vermittelter Wärme- und Spin-Transport in magnetischen Isolatoren, im

DFG Schwerpunktprogramm 1538 „Spin Caloric Transport (SpinCaT)“

� Magnon Seebeck Effekt, im DFG Schwerpunktprogramm 1538 „Spincaloric Transport

(SpinCaT)“

� Abbildung von Spinakumulation in Bauelementen basierend auf dem lateralen Spin

momentum transfer Effekt mittels Brillouin-Lichtstreumikroskopie,

DFG (Normalverfahren) im Rahmen einer deutsch-japanischen Zusammenarbeit

� Lineare und nichtlineare magnonische Kristalle, DFG (Normalverfahren)

� Ionenstrahlinduzierte Strukturierung der Zwischenschicht-Austauschkopplung in

magnetischen Schichtsystemen, DFG (Normalverfahren)

� Zeit- und phasenaufgelöste Brillouin-Lichtstreumikroskopie an propagierenden

Spinwellen, Stipendium der Carl-Zeiss-Stiftung für Katrin Vogt

� Dynamics in electric field controlled spin-wave devices, Stipendium der

Graduiertenschule der Exzellenz Materials Science in Mainz - MAINZ für Milan

Agrawal

� High frequency spin currents in magnetic nanostructures, Stipendium, OPTIMAS Carl-

Zeiss-Doktorandenprogramm

� Innovative Spintronik-Bauelemente für Sensorik und Logik – HEUSPIN, BMBF

� Untersuchung und Optimierung quasi-statischer und dynamischer Prozesse in

magnetoelektrischen XMR-Funktionseinheiten, Teilprojekt im Verbund „Grundlagen

elementarer, industriell nutzbarer magnetoelektrischer XMR-Funktionseinheiten

(MultiMag)“, BMBF

� „Bereitstellung und Nutzung einer Technologie-Plattform Spintronik in Mainz zur

Umsetzung des beantragten BMBF-Verbundprojektes MULTIMAG“, Land RLP

� Spin current induced switching – SPINSWITCH, Marie Curie Training Network, EU

� Koordination “Spin current induced switching – SPINSWITCH”,

Marie Curie Training Network, EU

80


� Kohärente nichtlineare Spinwellenzustände in ferromagnetischen Filmen und

ferromagnetisch/ferroelektrische Schichtstrukturen, Deutsch-Russische

Zusammenarbeit, DFG

� Full metallic, nanoscale magnonic crystals, Zusammenarbeit mit Portugal, DAAD

Kooperationen

Universitäten und Forschungsinstitute, national:

Prof. Dr. Gernot Güntherodt, RWTH Aachen

Prof. Dr. Günter Reiss, Universität Bielefeld

Prof. Dr. Hartmut Zabel, Ruhr-Universität Bochum

Prof. Dr. Jürgen Kübler, Universität Darmstadt

Prof. Dr. Claudia Felser, MPI für chem. Physik fester Stoffe, Dresden & Universität Mainz

Dr. Rudolf Schäfer, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung, IFW Dresden

Prof. Dr. Peter Kopietz, Universität Frankfurt

Prof. Dr. Markus Münzenberg, Universität Göttingen

Dr. Roland Mattheis, IPHT - Institut für Photonische Technologien e.V. Jena

Prof. Dr. Hans-Joachim Elmers, Prof. Dr. Mathias Kläui, Prof. Dr. Gerhard Schönhense,

Universität Mainz

Prof. Dr. Dirk Grundler, TU München

Prof. Dr. Sergej Demokritov, Universität Münster

Prof. Dr. Christian Back, Universität Regensburg

Prof. Dr. Jürgen Fassbender, Forschungszentrum Rossendorf

Prof. Dr. Uwe Hartmann, Universität des Saarlandes

Universitäten und Forschungsinstitute, international:

Dr. M.P. Kostylev, Prof. Dr. Robert L. Stamps, University of Western Australia, Perth

Dr. Liesbet Lagae, IMEC vzw, Leuven, Belgien

Prof. Dr. John Chapman, Dr. Stephen McVitie, University of Glasgow, Großbritannien

Prof. Dr. Russell Cowburn, Dr. Dorothée Petit, Imperial College London, Großbritannien

Prof. John Gregg, University of Oxford, Großbritannien

Prof. Roy Chantrell, Prof. Dr. Kevin O’Grady, University of York, York, Großbritannien

Dr. Bernard Dieny, Dr. Ursula Ebels, CEA, Grenoble, Frankreich

Dr. Vincent Cros, Dr. Julie Grolliere, CNRS THALES, Palaiseau, Frankreich

Prof. Dr. Jacques Ferré, Prof. Dr. Albert Fert, Prof. Dr. Jacques Miltat, Dr. Alexandra

Mougin, Dr. André Thiaville, LPS, Université Paris Sud, Orsay, Frankreich

Dr. Claude Chappert, Dr. Thibaut Devolder, IEF, Université Paris Sud, Orsay, Frankreich

Dr. C. Carlotti, Dr. G. Gubiotti, Universität Perugia, Italien

Prof. Dr. Fabrizio Nizzoli, Università di Ferrara, Italien

Prof. Dr. Yoshishige Suzuki, Osaka University. Japan

Prof. Dr. Yasuo Ando, Prof. K. Maekawa, Prof. Dr. T. Miyazaki, Prof. E. Saitoh,

Prof. Dr. K. Takanashi, Tohoku University, Sendai, Japan

Prof. Dr. Matsufumi Yamamoto, Hokkaido University, Sapporo, Japan

Prof. Dr. Yoshichika Otani, RIKEN and University of Tokyo, Japan

Prof. Kouichiro Inomata, National Institute for Materials Science, Tsukuba, Japan

Prof. Simon Trudel, University of Calgary, Alberta, Kanada

81


Prof. Dr. Sang-Koog Kim, National University, Seoul, Korea

Prof. Dr. Gerrit E.W. Bauer, TU Delft, Niederlande, und Tohoku University Sendai, Japan

Prof. Dr. Bert Koopmans, Technical University of Eindhoven, Niederlande

Prof. Dr. Andrezj Maziewski, Universität Bialystok, Polen

Prof. Dr. Tomasz Stobiecki, Universität Krakau, Polen

Prof. Dr. Jozef Barnas, Universität Posen, Polen

Prof. Dr. Paulo Freitas, Dr. Susana Freitas, INESC-MN, Lissabon, Portugal

Dr. Gleb Kakazei, Universidade do Porto, Portugal

Prof. Dr. Horia Chiriac, Dr. Nicoleta Lupu, NIRDTP, Iasi, Rumänien

Prof. Dr. Boris Kalinikos, St. Petersburg Electrotechnical University, Russland

Prof. Dr. Johan Åkerman, University of Gothenburg, Schweden

Prof. Dr. Oksana Chubykalo Fesenko, Universität Madrid, Spanien

Prof. Dr. Luis Lopez Diaz, Universität Salamanca, Spanien

Dr. Konstantin Gusliyenko, Universidad del Pais Vasco, San Sebastian, Spanien

Dr. Jarsolav Hamrle, Prof. Dr. Kamil Postava, Technical University Ostrava, Tschechien

Prof. Gennadii Melkov, University of Kiev, Ukraine

Dr. Axel Hoffmann, Argonne National Laboratory, U.S.A.

Dr. Hans Nembach, Dr. Justin Shaw, Nat’l Inst. Standards & Technology, Boulder, U.S.A.

Prof. Pallavi Dhagat, Prof. Dr. Albrecht Jander, Oregon State University, Corvallis, U.S.A.

Prof. Dr. Carl Patton, Colorado State University, Fort Collins, U.S.A.

Prof. Dr. Andrei Slavin, Dr. Vasyl Tiberkevich, Oakland University, Rochester, MI, U.S.A.

Prof. Dr. Claudia Mewes, Prof. Dr. Tim Mewes, University of Alabama, Tuscaloosa, U.S.A.

Firmen:

Dr. John R. Sandercock, JRS Instruments, Zwillikon, Schweiz

Dr. Hartmut Grüzediek, Dr. Silvia Hacia, PREMA Semiconductor, Mainz

Dr. Jan Marien, Dr. Johannes Paul, Dr. Jürgen Rühl, Sensitec GmbH, Mainz

Dr. Manfred Rührig, Dr. Joachim Wecker, Siemens AG, Erlangen

Dr. Wolfram Maass, Singulus Technologies AG, Kahl

Dr. Frederic Van Dau, Jean-Claude Mage, THALES SA, Palaiseau, Frankreich

Dissertationen

Helmut Schultheiss Kohärenz und Dämpfungsverhalten von Spinwellen in magne-

(06/10) tischen Mikrostrukturen

Sebastian Schäfer Parametrisch angeregte kohärente Wechselwirkungen in räum-

(10/10) lich eingeschränkten Magnonengasen

Jan Frederik Fohr

(03/11)

Spin dynamics in non-magnetic metals

Christan Sandweg

(04/11)

Untersuchung parametrisch gepumpter Magnonengase

Georg Martin Wolf Optimierung von eingebetteten schnellen magnetischen

(12/11) Speicherzellen

82


Diplomarbeiten

Philipp Pirro Domänenwandkonfigurationen in dünnen magnetischen

Schichten und Einfluss von Domänenwänden auf das

Spinwellenspektrum

Katrin Vogt Zeit- und phasenaufgelöste Brillouin-Lichtstreuspektroskopie

an propagierenden Spinwellen

Peter Clausen Untersuchung der Konversion von Spinwellenmoden in -

translationsvarianten Ni81Fe19-Mikrostrukturen durch

Brillouin-Lichtstreumikroskopie

Thomas Brächer Interferenz und parallele parametrische Verstärkung von Spinwellen

in Ni81Fe19-Mikrostrukturen durch Brillouin-Lichtstreuspektroskopie

Thomas Langner Untersuchung des Tunnelns von Spinwellen durch mechanische

Lücken in mikrostrukturierten Ni81Fe19-Streifen Veröffentlichungen

1. Probing quadratic magneto-optical Kerr effects with a tandem dual-beam system

S. Trudel, G. Wolf, H. Schultheiss, J. Hamrle, B. Hillebrands

Rev. Sci. Instrum. 81, 026105 (2010)

2. Magnonic crystal based forced dominant wavenumber selection in a spin-wave

active ring

A.D. Karenowska, A.V. Chumak, A.A. Serga, J.F. Gregg, B. Hillebrands

Appl. Phys.. Lett. 96, 082505 (2010)

3. Tandem magneto-optical Kerr effect magnetometer for the study of quadratic

effects

S. Trudel, G. Wolf, H. Schultheiss, J. Hamrle, B. Hillebrands

J. Phys.: Conf. Ser. 200, 112010 (2010)

4. Magneto-optical investigation of epitaxial Co-rich Co2MnGe thin films

S. Trudel, J. Hamrle, B. Hillebrands, T. Taira, M- Yamamoto

J. Appl. Phys. 107, 043912 (2010)

5. Reverse Doppler effect of magnons with negative group velocity scattered from a

moving Bragg grating

A.V. Chumak, P. Dhagat, A. Jander, A.A. Serga, B. Hillebrands

Phys. Rev. B 81, 140404 (2010)

6. Magnetic anisotropy, exchange and damping in cobalt-based full-Heusler

compounds: an experimental review

S. Trudel, O. Gaier, J. Hamrle, B. Hillebrands

J. Phys. D: Appl. Phys. 43, 193001 (2010)

7. Spin-wave tunneling through a mechanical gap

T. Schneider, A.A. Serga, A.V. Chumak, B. Hillebrands, R.L. Stamps, M.P. Kostylev

EPL 90, 27003 (2010)

83


8. Nondiffractive subwavelength wave beams in a medium with externally controlled

anisotropy

T. Schneider, A.A. Serga, A.V. Chumak, C.W. Sandweg, S. Trudel, S. Wolff, M.P.

Kostylev, V.S. Tiberkevich, A.N. Slavin, B. Hillebrands

Phys. Rev. Lett. 104, 197203 (2010)

9. YIG magnonics

A.A. Serga, A.V. Chumak, B. Hillebrands

J Phys. D: Appl. Phys. 43, 264002 (2010)

10. Wide-range wavevector selectivity of magnon gases in Brillouin light scattering

spectroscopy

C.W. Sandweg, M.B. Jungfleisch, V.I. Vasyuchka, A.A. Serga, P. Clausen, H.

Schultheiss, B. Hillebrands, A. Kreisel, P. Kopietz

Rev. Sci. Instr. 81, 073902 (2010)

11. Analytical expression of the magneto-optical Kerr effect and Brillouin light

scattering intensity arising from dynamic magnetization

J. Hamrle, J. Pistora, B. Hillebrands, B. Lenk, M. Münzenberg

J. Phys. D: Appl. Phys. 43, 325004 (2010)

12. Non-resonant wave front reversal of spin waves used for microwave signal

processing

V.I. Vasyuchka, G.A. Melkov, A.N. Slavin, A.V. Chumak, V.A. Moiseienko, B.

Hillebrands

J. Phys. D: Appl. Phys. 43, 325001 (2010)

13. All-linear time reversal by a dynamic artificial crystal

A.V. Chumak, V.S. Tiberkevich, A.D. Karenowska, A.A. Serga, J.F. Gregg, A.N. Slavin,

B. Hillebrands

Nature Commun. 1, 141 (2010)

14. Enhancement of the spin pumping efficiency by spin wave mode selection

C.W. Sandweg, Y. Kajiwara, K. Ando, E. Saitoh, B. Hillebrands

Appl. Phys. Lett. 97, 252504 (2010)

15. Effect of annealing on Co2FeAl0.5Si0.5 thin films: A magneto-optical and x-ray

absorption study

S. Trudel, G. Wolf, J. Hamrle, B. Hillebrands, P. Klaer, M. Kallmayer, H.-J. Elmers, H.

Sukegawa, W. Wang, K. Inomata

Phys. Rev. B 83, 104412 (2011)

16. Radiation of caustic beams from a collapsing bullet

M.P. Kostylev, A.A. Serga, B. Hillebrands

Phys. Rev. Lett. 106, 134101 (2011)

17. Variable damping and coherence in a high-density magnon gas

S. Schäfer, V. Kegel, A.A. Serga, B. Hillebrands, M.P. Kostylev

Phys. Rev. B 83, 184407 (2011)

18. Spin pumping by parametrically excited exchange magnons

C.W. Sandweg, Y. Kajiwara, A.V. Chumak, A.A. Serga, V.I. Vasyuchka, M.B.

Jungfleisch, E. Saitoh, B. Hillebrands

84


Phys. Rev. Lett. 106, 216601 (2011)

19. Optical detection of spin transport in non-magnetic metals

F. Fohr, Y. Fukuma, S. Kaltenborn, L. Wang, J. Hamrle, H. Schultheiss, A.A. Serga,

H.C. Schneider, Y. Otani, B. Hillebrands

Phys. Rev. Lett. 106, 226601 (2011)

20. Interference of coherent spin waves in micron-sized ferromagnetic waveguides

P. Pirro, T. Brächer, K. Vogt, B. Obry, H. Schultheiss, B. Leven, B. Hillebrands

Phys. Status Solidi B, 1-5 (2011)

21. Spin information transfer and transport in hybrid spinmechatronic structures

A.D. Karenowska, J.F. Gregg, A.V. Chumak, A.A. Serga, B. Hillebrands

J. Phys.: Conf. Ser. 303, 012018 (2011)

22. Employing magnonic crystals to dictate the characteristics of auto-oscillatory spinwave

systems

A.D. Karenowska, A.V. Chumak, A.A. Serga, J.F. Gregg, B. Hillebrands

J. Phys.: Conf. Ser. 303, 012007 (2011)

23. Slow magnetization dynamics and energy barriers near vortex state nucleation in

circular Permalloy dots

G.N. Kakazei, M. Ilyn, O. Chubykalo-Fesenko, J. Gonzalez, A.A. Serga, A.V. Chumak,

P.A. Beck, B. Laegel, B. Hillebrands, K.Y. Guslienko

Appl. Phys. Lett. 99, 052512 (2011)

24. Quadratic magneto-optical Kerr effect in Co2MnSi G. Wolf, J. Hamrle, S. Trudel, T. Kubota, Y. Ando, B. Hillebrands

J. Appl. Phys. 110, 043904 (2011)

25. Long-range spin Seebeck effect and acoustic spin pumping

K. Uchida, H. Adachi, T. An, T. Ota, M. Toda, B. Hillebrands, S. Maekawa, E. Saitoh

Nature Materials 10, 737 (2011)

26. Mode selective parametric excitation of spin waves in a Ni81Fe19 microstripe

T. Brächer, P. Pirro, B. Obry, B. Leven, A.A. Serga, B. Hillebrands

Appl. Phys. Lett. 99, 162501 (2011)

27. Mode conversion by symmetry breaking of propagating spin waves

P. Clausen, K. Vogt, H. Schultheiss, S. Schäfer, B. Obry, G. Wolf, P. Pirro, B. Leven,

B. Hillebrands

Appl. Phys. Lett. 99, 162505 (2011)

28. Mechanisms of nonlinear spin-wave emission from a microwave driven

nanocontact

F. Ciubotaru, A.A. Serga, B. Leven, L. Lopez Dias, B. Hillebrands

Phys. Rev. B 84, 144424 (2011)

29. Magneto-optical investigations of the shape anisotropy of individual micron sized

magnetic elements

T. Sebastian, A. Conca, G. Wolf, H. Schultheiss, B. Leven, B. Hillebrands

J. Appl. Phys. 110, 083909 (2011)

85


30. Optical detection of vortex spin-wave eigenmodes in microstructured ferromagnetic

disks

K. Vogt, O. Sukhostavets, H. Schultheiss, B. Obry, P. Pirro, A.A. Serga, T. Sebastian,

J. Gonzalez, K.Y. Guslienko, B. Hillebrands

Phys. Rev. B 84, 174401 (2011)

31. Temporal evolution of inverse spin Hall effect voltage in a magnetic insulatornonmagnetic

metal structure

M.B. Jungfleisch, A.V. Chumak, V.I. Vasyuchka, A.A. Serga, B. Obry, H. Schultheiss,

P.A. Beck, A.D. Karenowska, E. Saitoh, B. Hillebrands

Appl. Phys. Lett. 99, 182512 (2011)

32. Magneto-optical observation of four-wave scattering in a 15nm Ni81Fe19 film during

large angle magnetization precession

H.T. Nembach, K.L. Livesey, M.P. Kostylev, P. Martin-Pimentel, S. Hermsdörfer, B.

Leven, J. Fassbender, R.L. Stamps, B. Hillebrands

Phys. Rev. B 84, 184413 (2011)

Konferenzen, Kolloquien und Seminare

Eingeladene Konferenzbeiträge

1. B. Hillebrands: Magnonic crystals, 4 th International Workshop of Spin Current & 2 nd

International Workshop on Spincaloritronics, Sendai, Japan, Februar 2010

2. A.A. Serga: Magnon gases and condensates, APS March Meeting 2010,

Portland, U.S.A., März 2010

3. A.A. Serga: Spin wave logic, International Conference on Superconductivity and

Magnetism (ICSM 2010), Antalya, Türkei, April 2010

4. A.A. Serga: Bose-Einstein condensate of magnons and supercooling of magnon

gas, NordicSpin´10, 2 nd Nordic Workshop on Spintronics and Nanomagnetism,

Gimo, Schweden, Mai 2010

5. B. Hillebrands: Magnonic crystals, Workshop “Mesomag”, LEA Meeting Institut

Néel, Grenoble, Frankreich, Mai 2010

6. A.V. Chumak: Progress in magnonic crystals, KITPC Conference “Progress in

Spintronics and Graphene Research”, Beijing, China, Juni 2010

7. A.A. Serga: Formation and collapse of guided spin-wave bullets in a medium with

induced magnetic anistropy, International Conference “Nonlinear Waves – Theory

and Applications”, Beijing, China, Juni 2010

8. B. Hillebrands: Magnonic crystals (opening plenary talk), Joint European Magnetic

Symposia (JEMS) 2010, Krakau, Polen, August 2010

9. A.V. Chumak: Frequency conversion and time reversal via a dynamic magnonic

crystal, Joint European Magnetic Symposia (JEMS), Krakau, Polen, August 2010

10. B. Hillebrands: Fundamentals on spin waves, IEEE Magnetics Society Summer

School, Dresden, August 2010

86


11. A.V. Chumak: Progress in magnonic crystals, IEEE 7th International Symposium on

Metallic Multilayers (MML 2010), Berkeley, U.S.A., September 2010

12. B. Hillebrands: Magnonic crystals, International Conference on Nanoscale

Magnetism (ICNM), Istanbul, Türkei, September 2010

13. B. Hillebrands: Magnonic crystals (opening plenary talk), Magnet 2011, Turin,

Italien, Februar 2011

14. B. Hillebrands: Magnonen für den Computer von übermorgen? Akademievortrag,

Akademie der Wissenschaften und der Literatur, Mainz, April 2011

15. B. Hillebrands: Magnonic crystal devices, INTERMAG Taipei, Taiwan, April 2011

16. B. Hillebrands: Magnon crystal devices, Recent Trends in Nanomagnetism,

Sintronics and their Applications, Ordizia, Spanien, Juni 2011

17. B. Hillebrands: The concept of magnon spintronics, Magnetic North II – Competing

Interactions in Magnetic Materials, Neufundland, Kanada, Juni 2011

18. B. Hillebrands: Magnon crystal devices, 2011 Canadian Association of Physics

Annual Congress, Memorial University of Newfoundland, Kanada, Juni 2011

19. B. Hillebrands: The concept of magnon spintronics, JSPS York-Tohoku Research

Symposium on “Magnetic Materials and Spintronics”, York, England, Juni 2011

20. A.A. Serga: Collapsing bullet and subwavelength spin-wave beams, International

Symposium on Spin Waves 2011, St. Petersburg, Russland, Juni 2011

21. A.V. Chumak: Frequency inversion and time reversal via a dynamic magnonic

crystal, Moscow International Symposium on Magnetism MISM, Eussland, August

2011

22. B. Hillebrands: Magnon Spintronics, 2 nd International Workshop on Magnonics,

Recife, Brasilien, August 2011

23. A.A. Serga: Magnon gases and condensates, 2 nd International Workshop on

Magnonics, Recife, Brasilien, August 2011

24. B. Hillebrands: Fundamentals of spin waves and Brillouin light scattering,

ASPIMATT Workshop and Summerschool, Kaiserslautern, August 2011

25. A.A. Serga: Nonlinear spin-wave dynamics and radiation properties of small

Heusler devices, 3 rd Meeting of Strategic Japanese-German Joint Research Program

“ASPIMATT”: Advanced spintronic materials and transport phenomena,

Kaiserslautern, August 2011

26. A.A. Serga: Influence of a photon field on temporal dynamics of Bose-Einstein

magnon condensate, Annual Retreat of the SFB/TRR49, Kaiserslautern, September

2011

27. B. Hillebrands: Concept of magnonic spintronics, SFB 491, Abschlusskonferenz,

Bochum, September 2011

28. A.A. Serga: Time-resolved spin pumping by sub-micron wavelength magnons from

a magnetic insulator, 56 th Annual Conference on Magnetism and Magnetic

Materials, Scottsdale, U.S.A., November 2011

87


Sonstige Konferenzbeiträge

3 Beiträge: 11 th Joint MMM-INTERMAG Conference, Washington, U.S.A., Januar 2010

2 Beiträge: JST-DFG Workshop on Nanoelectronics, Bad Honnef, Januar 2010

2 Beiträge: 2 nd International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and

Plasmonics (META ´10), Kairo, Ägypten, Februar 2010

3 Beiträge: International Symposium „Novel states in correlated condensed matter –

from model systems to real materials“, Berlin, März 2010

17 Beiträge: DPG Frühjahrstagung, Regensburg, März 2010

1 Beitrag: 4 th Seeheim Conference on Magnetism 2010, Frankfurt, April 2010

1 Beitrag: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and

Applications, Sendai, Japan, Juli 2010

1 Beitrag: SFB/TRR49 Student Seminar, Höchst-Hassenroth, Juli 2010

2 Beiträge:

2010

Spin-Age 2010 – A SpinAps Retreat, Pajaro Dunes (CA), U.S.A., August

3 Beiträge:

2010

Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2010, Krakau, Polen, August

2 Beiträge: IEEE Magnetics Society Summer School, Dresden, August 2010

1 Beitrag: AOFA, Kaiserslautern, September 2010

2 Beiträge: IEEE 7 th International Symposium on Metallic Multilayers (MML 2010),

Berkeley, California, U.S.A., September 2010

10 Beiträge: Joint JST/DFG-Workshop: Spin Wave Aspects in Spintronics, Diemerstein,

Oktober 2010

5 Beiträge: 55 th MMM Conference, Atlanta, U.S.A., November 2010

16 Beiträge: DPG Frühjahrstagung, Dresden, März 2011

5 Beiträge: IEEE International Magnetic Conference 2011, Taipei, Taiwan, April 2011

2 Beiträge: Spin Caloritronics III, Leiden, Niederlande, Mai 2011

2 Beiträge: IEEE Magnetic Society Summer School, New Orleans, U.S.A., Mai 2011

1 Beitrag: International Symposium Spin Waves, St. Petersburg, Russland, Juni 2011

1 Beitrag: JSPS York-Tohoku Research Symposium on „Magnetic Materials and

Spintronics“, York, England, June 2011

1 Beitrag: Recent Trends in Nanomagnetism, Spintronics and their Applications,

Ordizia, Spanien, Juni 2011

3 Beiträge: 2 nd International Workshop on Magnonics, Recife, Brasilien, August 2011

3 Beiträge: ASPIMATT Workshop and Summer School, Kaiserslautern, August 2011

1 Beitrag: Annual Retreat SFB/TRR49, Alzey, September 2011

2 Beiträge: 56 th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Scottsdale,

U.S.A., November 2011

Eingeladene Seminar- und Kolloquiumsvorträge

1. B. Hillebrands, Seminar SFB 491, Duisburg, Januar 2010

2. B. Obry, Workshop GRK 792, Münchweiler a.d. Alsenz, April 2010

3. T. Sebastian, 1st MAINZ Student Seminar, Geseke, Juli 2010

4. C.W. Sandweg, Annual Retreat of SFB/TRR49, Kaiserslautern, Oktober 2010

5. K. Vogt, Kolloquium, Colorado State University, Fort Collins, U.S.A., Juli 2011

88


6. P. Clausen, Student Seminar Summer Term, Riezlern, Österreich, Juli 2011

7. B. Hillebrands, Physikalisches Kolloquium, Bielefeld, Dezember 2011

Sonstiges

K. Vogt:

Stipendium der Carl-Zeiss-Stiftung zur Erstellung ihrer Dissertation „Zeit- und

phasenaufgelöste Brillouin-Lichtstreumikroskopie an propagierenden Spinwellen“

Juli 2010

M. Agrawal:

Stipendium der Graduiertenschule der Exzellenz MAINZ zur Erstellung seiner

Dissertation „Dynamics in electric field-controlled spin wave devices“

November 2010

T. Brächer:

Stipendium der Graduiertenschule der Exzellenz MAINZ zur Erstellung seiner

Dissertation „Parametric Aamplification of spin waves in ferromagnetic metals“

November 2011

B. Hillebrands:

„IEEE Fellow“ für „seine international anerkannten Beiträge zum Verständnis von magnetischen

Anregungen einschließlich linearer und nichtlinearer Spinwellen“

Januar 2010

B. Hillebrands:

Wahl zum Ordentlichen Mitglied der Akademie der Wissenschaften und Literatur in

Mainz

Juni 2010

T. Neumann:

“Promotionspreis 2009 der Alumni-Vereinigung Physikder TU Kaiserslautern für seine

Dissertation „Dynamische Kontrolle von Spinwellen durch lokalisierte,

magnetische Inhomogenitäten”

Juni 2010

B. Hillebrands:

„APS Fellow“ für „Beiträge zum Verständnis von dynamischen magnetischen

Anregungen in begrenzten magnetischen Strukturen, lineare und nichtlineare

Spinwellenpropagations-Phänomene und seine bahnbrechende Arbeit an der

Entwicklung von raum- und zeitaufgelösten Brillouin Lichtstreutechniken“

2010

H. Schultheiss:

Preis der Kreissparkassen-Stiftung für seine Dissertation „Kohärenz und

Dämpfungsverhalten von Spinwellen in magnetischen Mikrostrukturen“

Juni 2011

H. Schultheiss:

Preis der Prof. Dr. Jürgen Geiger Stiftung für seine Dissertation „Kohärenz und

Dämpfungsverhalten von Spinwellen in magnetischen Mikrostrukturen“

Oktober 2011

89


B. Hillebrands:

seit 2002 Mitglied im Editorial Board der Zeitschrift Journal of Physics D – Applied

Physics

seit 2003 Mitglied und seit Mai 2004 stellvertretender Sprecher des

wissenschaftlichen Beirats des Instituts für Mikrotechnik Mainz GmbH

seit 2004 Fellow of the Institute of Physics, Großbritannien

seit 2005 gewähltes Mitglied des Administrative Committee der IEEE Magnetics

Society

2006 – 2010 Koordinator des EU-RTN-Netzwerkes „Spin current induced ultrafast

switching (SPINSWITCH)“

seit 2006 Vizepräsident für Forschung und Technologie der TU Kaiserslautern

seit 2007 stellv. Sprecher und Standortsprecher Kaiserslautern für den

SFB/Transregio 49 „Condensed Matter Systems with Variable Many-

Body Interactions“, Frankfurt/Kaiserslautern/Mainz

seit 2008 Mitglied im Vorstand und Standortsprecher Kaiserslautern der

Bundesgraduiertenschule der Exzellenz "Material Sciences in Mainz

(MAINZ)"

2009 – 2010 Vorsitzender der Findungskommission für den wissenschaftlichen

Geschäftsführer des Instituts für Mikromechanik Mainz (IMM)

seit 2009 Mitglied des International Advisory Board der Korean Magnetics Society

seit 2009 Initiator und Mitglied des Steering Committees des DFG-

Schwerpunktprogramms "Spin Caloric Transport (SpinCaT)" (SPP 1538)

seit 2010 Mitglied und Stellvertretender Sprecher der deutsch-japanischen

Forschergruppe 1464 (DFG, JST) „Advanced Spintronic Materials and

Transport Phenomena“ (Mainz, Kaiserslautern, Sendai)

seit 2010 Mitglied des wissenschaftlichen Beirats der Innovationsplattform

Magnetische Mikrosysteme (INNOMAG e.V.)

seit 2011 Mitglied und stellv. Vorsitzender des Kuratoriums des

Photonikzentrums Kaiserslautern

90


AG Theorie der Kondensierten Materie

Theoretische Physik

Prof. Dr. Wolfgang Hübner

Forschungsgebiete

Das Hauptforschungsgebiet ist die theoretische Untersuchung ultraschneller

Spindynamik, d.h. die Untersuchung mikroskopischer Mechanismen bei der

Wechselwirkung von Licht und Magnetischen Materialien.

Insbesondere wird die Wechselwirkung von Femtosekunden-Laserpulsen und

magnetischem Zustand von kleinen 3d-Complexen untersucht. Dabei ist das Ziel die

kohärente Manipulation der Spins. Kleine mehrzentrige Komplexe mit 3d-

Übergangsmetallen als magnetisch aktiven Zentren weisen eine hohe Spinlokalisierung

auf (typischerweise eine Spindichte von über 85% befindet sich an einem einzigen

magnetischen Metallion) und kann mittels optimierter Laserpulsen manipuliert werden.

Damit ist sowohl die lokale Ummagnetisierung als auch der Transfer der Spindichte von

einem Metallion zu einem anderen gemeint. Diese Prozesse können im

Subpikosekundenbereich stattfinden. Die Vereinheitlichung der Prozesse kann zu der

Funktionalisierung solcher Komplexe führen; es wurde schon gezeigt, dass kleine

dreikernige Moleküle, deren magnetische Zentren durch unmagnetische Na-Atome

verbrückt sind, als Logikbausteine dienen können. Dabei übernimmt der Spin an einem

magnetischen Zentrum die Rolle des Input-bits, ein äußeres statisches magnetisches

Feld die Rolle des Control-bits und der magnetische Zustand eines anderen

magnetischen Zentrums die Rolle des Output-bits. Der Prozess wird von einem Laserpuls

gesteuert, dessen Parameter (Dauer, Intensität, Einfallsgeometrie) mit Hilfe eines

speziell entwickelten genetischen Algorithmus optimiert werden.

Ein weiterer Gegenstand der aktuellen Forschung der AG ist die Bahndrehimpulsbilanz

bei solchen Prozessen (welche Freiheitsgrade des Systems oder der Umgebung

Bahndrehimpuls aufnehmen, bzw. beisteuern können, wie z. B. Phononen oder

Photonen) sowie die dynamischen magneto-optischen Effekte während der

Ummagnetisierung, damit die exakten mikroskopischen Mechanismen anhand von

(nicht) linearer Optik und in Kollaboration mit Experimentellen Gruppen weiterhin

untersucht und geklärt werden können.

Schließlich wird aktuell auch den Einfluss der Temperatur (z.B. im Sinne von Vibrationen

und/oder Besetzungsverteilungen) und der Struktur (z.B. Verzerrungen und

Metallizität/Leitfähigkeit von verbrückenden Atomen) auf die o.g. Prozesse in Bezug auf

Spindichteverteilung, Geschwindigkeit, Effizienz und (Informations-)Entropie der

Prozesse untersucht. Diese Prozesse werden umgesetzt, damit miniaturisierte

Wärmekraftmaschinen entworfen werden. Bis jetzt ist es gelungen, das Ni 2 Molekül als

eine Basis für einen Otto, einen Diesel und einen Seiliger-Zyklus zu benutzen, wobei

isochore, isobare und isentrope Prozesse anhand von Spinflips und Kompression

realisiert werden.

91


Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Dr. rer. nat. Georg Lefkidis Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Postdoktoranden

Dr. rer. nat. Hongping Xiang DFG (ab 04/2010)

Dr. rer. nat. Chuanding Dong DFG (ab 11/2010)

Doktoranden

Dipl.-Phys. Wei Jin * Land (ab 09/2010)

Dipl.-Phys. Debapriya Chaudhuri DFG (ab 10/2011)

* gemeinsames Vorhaben mit FB Chemie (Prof. Dr. H.-J. Krüger)

Sekretariat

Marina Frey

Gäste

Dr. Chun Li China, 2x 1 Monat

Drittmittelprojekte

DFG-Normalverfahren (gemeinsam mit Dr. G. Lefkidis):

Hu 473/13-1 (ab 04/2010) Ab initio Untersuchung der Rolle von Brückenatomen für die

Möglichkeit des Spintransfers zwischen magnetischen

Zentren

DFG SFB/TR 88 (ab 01/2011)

(mit Dr. G. Lefkidis)

Elektronische Theorie für magnetische mehrkernige Komplexe als Logik-Bausteine

Carl-Zeiss-Stiftung

(mit Prof. H.-J. Krüger)

Ab initio calculations, synthesis and characterization of new homo- and heterodinuclear

complexes with novel spin properties

Kooperationen

Während des Berichtzeitraums bestanden Kooperationen mit dem oben genannten Gast

sowie mit den folgenden Wissenschaftlern:

Prof. Dr. J. Berakdar (Martin-Luther-Universität, Halle-Wittenberg)

Prof. Dr. T. Rasing und Dr. A. Kirilyuk (Radboud Universiteit, Niederlande)

Prof. Dr. Diller (Technische Universität Kaiserslautern)

92


Dr. J.-Y. Bigot (Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Frankreich)

Veröffentlichungen

Zeitschriftartikel

1. Electronic excitations and optical spectra of Pt_2 and Pt_4 on Cu(001) modeled by

a cluster

G. Pal, G. Lefkidis, and W. Hübner

Phys. Stat. Solid. B 247, 1109-1115 (2010)

2. Using laser-induced spin manipulation to build magnetic nanologic elements

W. Hübner, S. Kersten, and G. Lefkidis

J. Phys.: Conference Series 200, 042009(4) (2010)

3. Local spin flip in two- and three-magnetic-center structures: a first-principles

approach

G. Lefkidis, C. Li, T. Hartenstein, and W. Hübner

J. Phys.: Conference Series 200, 042011(4) (2010)

4. First-principles calculation of monitoring spin states of small magnetic

nanostructures with IR spectrum of CO

C. Li, G. Lefkidis and W. Hübner

J. Phys.: Conference Series 200, 042014(4) (2010)

5. Optical response of small closed-shell sodium clusters

G. Pal, G. Lefkidis, H. C. Schneider, and W. Hübner

J. Chem. Phys. 133, 154309(7) (2010)

6. Geometric rearrangement of adsorbate driven by the charge transfer

Y. Pavlyukh, J. Berakdar und W. Hübner

Phys. Stat. Sol. (b) 247, 1056-1062 (2010)

7. Laser-induced ultrafast spin dynamics research in magnetic nanostructures (in

chinese)

Li Chun, Yang Fan, Georgios Lefkidis, and Wolfgang Hübner

Acta Phys. Sin. 60, 017802(8) (2011)

8. Ab initio theory for ultrafast magnetic local spin flip on the newly synthesized the

homodinuclear complex [NiII 2(L-N4Me2)(emb)] G. Lefkidis, M. Blug, H. Kelm, C. Li, G. Pal, H.-J. Krüger, and W. Hübner

J. Phys. Chem. A 115, 1774(7) (2011)

9. Ultrafast demagnetization in ferromagnets and magnetic switching in

nanoclusters when the number of photons is kept fixed

G. P. Zhang, G. Lefkidis, W. Hübner, and Y. Bai

93


J. Appl. Phys. 109, 07D303(3) (2011)

10. Theory of laser-induced ultrafast magneto-optic spin flip and transfer in charged

two-magnetic-center molecular ions: Role of bridging atoms

C. Li, W. Jin, H.P. Xiang, G. Lefkidis, and W. Hübner

Phys. Rev. B 84, 054415(9) (2011)

11. Reply: Is the controversy over femtosecond magneto-optics really solved?

G. P. Zhang, W. Hübner, G. Lefkidis, Y. Bai, and T. F. George

Nature Physics 7, 665-666 (2011)

12. Optical absorption spectra of finite systems from a conserving Bethe-Salpeter

equation approach

G. Pal, Y. Pavlyukh, W. Hübner und H. C. Schneider

Eur. Phys. J. B 79, 327-334 (2011)

Sonstige Beiträge zu Konferenzen, Kolloquien und Seminaren

Eingeladene Vorträge

1. Hübner: Femtosecond spin dynamics in two- and three- magnetic-center

molecules MAGDYN 2011, Synchrotron SOLEIL, L'Orme des Merisiers,

28.06.2011

2. Hübner: Electron-phonon coupling: a tutorial, European School on Magnetism

ESM2011, Targoviste, 29.08.2011

3. Hübner: Femtosecond spin dynamics in two- and three- magnetic-center

molecules, European School on Magnetism ESM2011, Targoviste, 31.08.2011

4. Hübner: Theory of ultrafast spin dynamics in extended and molecular magnets,

Colloquium, Xi'an, China, 15.11.2011

5. Hübner: University system in Germany, Colloquium, Xi'an, China, 16.11.2011

6. Lefkidis: Das Eigenwertproblem: ein eigenständiges Problem?, Sonderseminar

Didaktik , Kaiserslautern, 14.07.2010

7. Lefkidis: Magnetic nanoclusters: how to functionalize them, and which

mechanisms to use, Seminar, Strasbourg (IPCMS), 12.01.2011

8. Lefkidis: Functionalization of magnetic nanoclusters: which mechanisms to use,

Colloquium, Xi'an, China, 15.11.2011

Sonstige Konferenzbeiträge

1. APS March Meeting, 21-25.03.2010: 3 Vorträge

2. 55th conference on Magnetism and Magnetic Materials, 15.11.2010, Atlanta: 1

Vortrag (Ko-autor)

3. Utrafast Surface Dynamics USD7, 25.08.2010, Brijuni, Kroatien: 1 Vortrag

4. DPG Tagung, 13-18.03.2011, Dresden: 3 Vorträge

5. APS March Meeting, 22.03.2011, Dallas: 1 Vortrag (Ko-autor)

6. 3MET Workshop, 16.10.2011, Bad Bergzabern: 1 Vortrag + 1 Poster

94


7. 56th conference on Magnetism and Magnetic Materials, 2.11.2011, Scottsdale,

Arizona: 1 Vortrag (Ko-autor)

8. European School on Magnetism ESM2011, 22.08-02.09.2011, Targoviste,

Rumänien: 1 Poster

9. Introduction to Gaussian: Theory and Practice, 11-15.07.2011, Santiago de

Compostela: 1 Poster

95


AG Theoretische Quantendynamik

Theoretische Physik

apl. Prof. Dr. Hans-Jürgen Korsch

Forschungsgebiete

Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe liegen in der Quantendynamik atomarer

Systeme, insbesondere Anregungs- und Zerfallsprozesse in starken Laserfeldern und

Transportprozesse in periodischen Strukturen. Hauptsächlich werden Systeme

untersucht, bei denen das klassische Analogon eine komplexe, gemischt regulär

chaotische Dynamik zeigt.

Eine Aufklärung der Manifestation chaotischer Dynamik in Quantensystemen

(`Quantenchaos') ist ein zentraler Schwerpunkt aktueller Forschung. Unser spezielles

Interesse gilt hier der Dynamik zeitperiodisch getriebener Quantensysteme, die schon in

wenigen Raumdimensionen komplexes dynamisches Verhalten aufweisen und auch im

semiklassischen Bereich umfangreiche numerische Untersuchungen zulassen.

Besonders interessant erscheinen hier unendlich ausgedehnte Systeme in externen

zeitabhängigen Feldern mit komplexen Transport- und Zerfallsmechanismen, also

beispielsweise atomare Systeme in starken Laserfeldern. Solche Systeme erlauben eine

eingehende Untersuchung grundlegender theoretischer Fragestellungen, die darüber

hinaus auch in zunehmendem Maße experimentell zugänglich sind. Ein aktuelles

Beispiel ist die Dynamik ultrakalter Atome oder Bose-Einstein-Kondensate in

angetriebenen gekippten Gittern.

Dynamik und stationäre Zustände von Bose-Einstein Kondensaten lassen sich in einer

Mean-Field Näherung durch die Gross-Pitaevskii-Gleichung beschreiben. Die

Eigenschaften solcher nichtlinearer Schrödinger-Gleichungen wurden untersucht, mit

dem Ziel grundlegende Eigenschaften zu klären und Resonanzzustände und Bloch

Zustände zu beschreiben. Ein Schwerpunkt im Berichtszeitraum war die Analyse der

Dynamik nichtlinearer Zwei- und Mehr-Niveau-Systeme, die Bose-Einstein-Kondensate in

Double- oder Multiple-Well-Potentialen beschreiben. Insbesondere wurden hierzu auch

die quantenmechanischen Vielteilensysteme untersucht, ihre Beschreibung durch

quantenmechanische Phasenraumdichten sowie die Korrespondenz von Vielteilchen-

und Mean-Field Beschreibung.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Postdoktoranden

Dr. Kevin Rapedius ab 11/11

96


Sekretariat

Caro Hofmann

Gäste

Prof. Dr. Andrey R. Kolovsky (Krasnoyarsk, Russland) DFG, 2 Monate

Prof. Dr. S. R. Kaushal (Univ. Delhi, Indien) Humboldt, 2 Monate

Kooperationen

Während des Berichtzeitraumes bestanden Kooperationen mit folgenden auswärtigen

Wissenschaftlern:

Dr. Eva-Maria Graefe (Imperial-College, London, U.K.)

Dr. Uwe Günther (Helmholtz-Center, Dresden-Rossendorf)

Prof. Dr. S. R. Kaushal (Univ. Delhi, Indien)

Prof. Dr. Andrey Kolovsky (Univ. Krasnoyarsk, Russland)

Dr. Kevin Rapedius (Univ. Brüssel, Belgien)

Dr. Friederike Trimborn (Univ. Hannover)

Dr. Sandro Wimberger (Univ. Heidelberg)

Dr. Dirk Witthaut (MPI Göttingen)

Veröffentlichungen

Monographien

1. H. J. Korsch

Mathematik-Vorkurs – Mathematisches Handwerkszeug für Studienanfänger der Physik,

Mathematik und Ingenieurwissenschaften

Binomi-Verlag, neue erweiterte Aufl. 2010

Zeitschriftenartikel

1. Classical limit of non-Hermitian quantum dynamics – a generalised canonical structure

E. M. Graefe and M. Höning and H. J. Korsch

J. Phys. A 43 (2010) 075306

2. Bose-Einstein condensates on tilted lattices: coherent, chaotic and subdiffusive

dynamics

A. R. Kolovsky, E. A. Gomez and H. J. Korsch

Phys. Rev. A 81 (2010) 025603

97


3. Nonlinear Landau-Zener tunnelling in quantum phase space

F. Trimborn, D. Witthaut, V. Kegel and H. J. Korsch

New J. Phys. 12 (2010) 053010

4. Dynamics of interacting atoms in driven tilted optical lattices

A. R. Kolovsky and H. J. Korsch

Journal of Siberian Federal University: Mathematics & Physics 3 (2010) 311

5. Quantum Classical Correspondence for a non-Hermitian Bose-Hubbard Dimer

E. M. Graefe and H. J. Korsch and A. Niederle

Phys. Rev. A 82 (2010) 013629

6. Nonlinear resonant tunneling of Bose-Einstein condensates in tilted optical lattices

K. Rapedius, C. Elsen, D. Witthaut, S. Wimberger and H. J. Korsch

Phys. Rev. A 82 (2010) 063601

7. Quantum dynamics of Bose-Einstein condensates in tilted and driven bichromatic optical

lattices

D. Witthaut, F. Trimborn, V. Kegel and H. J. Korsch

Phys. Rev. A 83 (2011) 013609

8. Exceptional points in bichromatic Wannier-Stark systems

C. Elsen, K. Rapedius, D. Witthaut and H. J. Korsch

J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 44 (2011) 225301

Konferenzen, Kolloquien und Seminare

Eingeladene Vorträge

1. A. R. Kolovsky and H. J. Korsch: Bloch Dynamics of Interacting Cold Atoms,

International Seminar and Workshop on Nonlinear Phenomena in Degenerate Quantum

Gases, April 2010, Ourense, Spanien

2. E. M. Graefe, H. J. Korsch and A. E. Niederle: Quantum Classical Correspondence for a

non-Hermitian Bose-Hubbard Dimer,

Dynamic Days, 6.-10. Sept. 2010, Bristol, U.K.

98


AG Didaktik der Physik

Didaktik der Physik

Prof. Dr. Jochen Kuhn

Forschungsgebiet:

Konzeption und Untersuchung authentischer Lehr-Lernmedien und -umgebungen

(Aufgaben und Experimente)

Die Forschungsausrichtung der Didaktik der Physik der TU Kaiserslautern versteht sich

als anwendungsorientierte Grundlagenforschung in der Physikdidaktik im Sinne von

Design-Based Research: Jedes Projekt und jede Fragestellung wird in engem Austausch

mit Lehrkräften aus der Unterrichtspraxis diskutiert, konzeptionell erstellt, empirisch

untersucht (quasiexperimentelle Feldstudien), reflektiert und als Arbeitsmaterialien für

Lernende und Lehrkräfte aufbereitet.

Das Forschungsprogramm der AG umfasst dabei im Wesentlichen die Konzeption und

Untersuchung authentischer Lehr-Lernmedien und -umgebungen (Aufgaben und

Experimente) und ist damit mit der lernpsychologischen Rahmentheorie des Situierten

Lernens (Kontextorientierung) verbunden. Die Projekte werden stets im alltäglichen

Physikunterricht erprobt und untersucht, sodass Erkenntnisse auch direkt auf den

Schulalltag übertragbar sind.

- N.E.T.: New.Media.Experimental.Tools

Ziel des Projektes ist es, neue Medien – hier speziell das Mobiltelefon – als

Experimentiermittel für den Physikunterricht zu nutzen und damit die Lernenden auch für

einen – aus pädagisch-didaktischer Sicht – sinnhaften Umgang mit diesen Medien zu

sensibilisieren.

Theoretisch ist N.E.T. in der Rahmentheorie des situierten Lernens zu verorten.

Ausgangspunkt hierbei ist allerdings die Annahme, dass neben einer thematischen

Authentizität auch die Authentizität der experimentell verwendeten Medien selbst eine

positive Lernwirkung im Physikunterricht mit sich bringt, also eine materiale Situierung.

Konkret bedeutet diese Vermutung, dass der kognitive und motivationale Lernerfolg von

Lernenden beim Experimentieren im Physikunterricht größer ist, wenn sie einen

physikalischen Sachverhalt mit Experimentiergeräten (insbes. mit „neuen (Alltags-

)Medien“) untersuchen, die sie in ihrem Alltag evtl. zu anderen Zwecken, aber trotzdem

ebenso verwenden. Im Fokus dieses Forschungsaspektes steht dabei zunächst die

Entwicklung von physikalischen Experimenten unter Verwendung solcher authentischer

Medien. Daran anschließend soll eine empirische Untersuchung der Lern- und

Motivationswirkung dieser Medien in einem quasiexperimentellen Kontroll-

Versuchsgruppen-Untersuchungsdesign im alltäglichen Physikunterricht erfolgen.

- Schülerlabor im Fachbereich Physik

Schülerlabore, Science Centre u. A. stellen eine der fachdidaktisch relevanten und lernpsychologisch

gut begründeten Entwicklungen (Stichwort: Situiertes Lernen) mit dem

größten „Boom“ in den letzten 10 Jahren im deutschsprachigen Raum dar. Die einhellige

Intention dieser Vorhaben ist es, dem Abwärtstrend des Schülerinteresses in den MINT-

99


Fächern allgemein sowie der daraus resultierenden, besorgniserregend geringen

Bereitschaft, diese Fächer zu studieren oder einen damit zusammenhängenden Beruf zu

ergreifen, entgegenzuwirken. Bisherige Untersuchungen zu diesem Thema zeigen

lediglich, dass es zwar einen positiven Effekt von Schülerlaboren auf Motivation und

Interesse der Besuchenden gibt, dass dieser Effekt aber nur kurzfristig erhalten bleibt,

kaum Vor- und Nachbereitung im Unterricht erfolgt und es kein erprobtes Konzept zur

Vernetzung des Lernorts „Schülerlabor“ mit dem Lernort „Schule“ gibt.

Gegenstand dieses Projekts ist es deshalb, basierend auf den bisherigen Erkenntnissen,

ein Konzept für ein Schülerlabor im Fachbereich Physik zu entwickeln, das sowohl

schulbegleitenden aber gerade auch schulintegrierende Angebote bereitstellt. Neben

„klassischen“ außercurricularen Angeboten, liegt ein besonderes Augenmerk dabei auf

der curricularen Verzahnung der Angebote mit dem alltäglichen Physikunterricht und auf

der Untersuchung der Wirkung auf lernbezogene Zielvariablen (Motivation, Lernleistung,

experimentelle Kompetenz) durch schulbegleitende und -integrierte

Interventionsmaßnahmen (curriculare Verankerung).

- SHREC: SyntHesis of Rubrics for Experimental Competences

In diesem Proojekt geht es um die Entwicklung und Validierung eines Instruments zur

Messung experimenteller Kompetenz, das zur Beurteilung von Versuchsprotokollen

genutzt werden kan n. Es handelt sich dabei um eine Synthese aus bereits

bestehenden, aber nicht validierten standardisierten Assessment-Tools, sog. Rubrics.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Dr. rer. nat. Bodo Eckert, Oberstudienrat (abgeordnete Lehrkraft; bis 31.07.2011)

Dr. rer. nat. Sebastian Gröber, Oberstudienrat (abgeordnete Lehrkraft; seit 01.08.2011)

Dr. rer. nat. Christian Fruböse, Oberstudiendirektor (teilweise abgeordnete Lehrkraft;

seit 01.04.2011)

Postdoktoranden

Dr. phil. Patrik Vogt

Doktoranden

Sebastain Gröber, Oberstudienrat (bis 31.07.2011)

Jochen Scheid*, Realschullehrer, DFG

Dipl.-Psych. Rosa* Hettmannsperger; DFG

* Graduierten am DFG-Graduiertenkolleg „Unterrichtsprozesse“ der Universität Koblenz-

Landau

Qualifikationsarbeiten (Staatsexamensarbeiten, Bachelorarbeiten)

2010

Markus Bittlingmaier, Elza Dörr, Ekrem Görgülü, Sebastian Müller, Karsten Schäfer,

Susanne Wunder, Michael Lösch, Svenja Heibrock, Philipp Schack, Julia

Mutzbauer, Dominique Manuel Acker, Tamara Kunt, Patrik Seekatz, Thorsten

Michael Gaschler, Sarah Fikus, Stefanie Monthero, Phillip Harreus, Rüdiger

Scherer, Nora Brandenburger, Peter Schröer, Hannah Gimmler,

100


2011

Andreas Bummel, Evelyn Cieslinska, Viktoria Hlipala, Christina Menges, Simon Gareis,

Markus Klug, Bianca Herzog, Julia Vanessa Haubert, Thorsten Michael Gaschler,

Halil Köse

Technische Mitarbeiter

Karl Zinsmeister (50%-Stelle)

Jürgen Heiderich (30%-Anteil)

Sekretariat

Caro Hofmann

Drittmittelprojekte

DFG-Graduiertenkolleg GRK 1561/1 (bis einschl. 2012; zusammen mit Helmke, A.;

Hosenfeld, I.; Kammermeyer, G.; Kuhn, J.; Ludwig, P.; Merten, S.; Müller, A.; Müller,

W.; Rasch, R.; Roux, S.; Schmitt, M.; Schnotz, W. (Sprecher) & Schrader, F. W.):

Teilprojekt ‚Experiment, Repräsentationskompetenz und problemorientierte

Aufgabenkultur im Physikunterricht’ (Kuhn, J., Müller, A., Müller, W. & Schnotz, W.)

Forschungsinitiative ‚Unterrichtsprozesse’ (bis einschl. 2011; Landesförderung;

zusammen mit Helmke, A.; Hosenfeld, I.; Kammermeyer, G.; Kuhn, J.; Ludwig, P.;

Merten, S.; Müller, A.; Müller, W.; Rasch, R.; Roux, S.; Schmitt, M.; Schnotz, W.

(Sprecher) & Schrader, F. W.):

Teilprojekt ‚Naturwissenschaftliches Lernen anhand von Alltagsbezügen und

(Freihand)Experimenten: Kontexte und Kompetenzen’ (Kuhn, J., Müller, A., Müller,

W. & Schnotz, W.)

Kooperationen

Prof. Dr. André Bresges (Univ. Köln)

Prof. Dr. Raimund Girwidz (LMU München)

Prof. Dr. Susanne Metzger (PH Zürich, Zürich, Schweiz)

Prof. Dr. Andreas Müller (Univ. Genf, Genf, Schweiz)

Prof. Dr. Oliver Schwarz (Univ. Siegen)

Dissertationen

Sebastian Gröber, OStR; August 2011

Experimentieren aus der Ferne (RCL-Projekt an der Technischen Universität

Kaiserslautern – Entwicklung, Evaluation, Beispiele und Einsatz von RCLs in der

Lehre

Jochen Scheid, Realschullehrer; August 2012

101


Das Experiment als Mittel zur Entwicklung von Repräsentationskompetenz im Rahmen

einer problemorientierten Aufgabenkultur des Physikunterrichts. Dauer:

01.09.2009-30.08.2012 (DFG-Graduiertenkolleg „Unterrichtsprozesse“)

Dipl.-Psych. Rosa Hettmannsperger, August 2012

Förderung der Verbindung von Repräsentationskompetenz und experimenteller

Kompetenz durch kognitive Aktivierung unter Berücksichtigung von

Schülervorstellungen im Physikunterricht der Sekundarstufe I. (DFG-

Graduiertenkolleg „Unterrichtsprozesse“)

Qualifikationsarbeiten (Staatsexamensarbeiten, Bachelorarbeiten)

2010

Name Titel der Arbeit

Markus

Neue Medien im Physikunterricht: Selbstständiges Erarbeiten

Bittlingmaier optischer Beweise mit Hilfe von Präsentationssoftware

Elza Dörr Entwicklung und Erprobung einer Lernbox für die Sekundarstufe I

Ekrem Görgülü Entwicklung des Raketenantriebs und seine projektartige Umsetzung

Sebastian Müller Das Handy als Experimentiermittel: Physikalische und physikalische

und physikdidaktische Analyse

Karsten Schäfer Zeitungsartikel zum Thema Sport: Physikalische und

physikdidaktische Aspekte

Susanne Wunder Das Thema Energie in Zeitungsartikeln. Physikalische und

physikdidaktische Aspekte

Michael Lösch Mit Energie in die Grundschule

Svenja Heibrock Verschiedene Varianten zur Bestimmung der Erdbeschleunigung:

Prüfung ihrer Genauigkeit und Einsetzbarkeit im Physikunterricht

Philipp Schack Farben in der Natur und Technik aus physikalischer Sicht

Julia Mutzbauer Naturphänomene des Winters und Wintersports aus physikalischer

Sicht und deren fachdidaktische Aufbereitung

Dominique Manuel Rückstoß in Natur und Technik sowie seine didaktische Aufbereitung

Acker

für die Sekundarstufe

Tamara Kunt Fachliche und fachdidaktische Ausarbeitung einer Lernbox zum Thema

„Kraft und Bewegung“

Patrik Seekatz Ein Wiki-System für Freihand-Experimente

Thorsten Michael Experimentelle Untersuchung einer mikroskopischen Theorie des

Gaschler

Phänomens „Reibung“

Sarah Fikus Experimente mit der Wii-Fernbedienung

Stefanie Monthero Comics und Physik: Fachwissenschaftliche und fachdidaktische

Aspekte

Phillip Harreus Einsatzmöglichkeiten von Smartphones im Physikunterricht als Messund

Experimentiermittel

Rüdiger Scherer Geothermiekraftwerk Landau: Ein fächerübergreifender

außerschulischer Lernort

Nora Brandenburger Entwicklung einer Experimentalshow zum Themenbereich Optik

Peter Schröer Akustische Experimente mit einem Klanganalyse-Programm,

Staatsexamensarbeit

102


Hannah Gimmler Fotografie – Physikalische und physikdidaktische Aspekte,

Staatsexamensarbeit

2011

Name Titel der Arbeit

Andreas Bummel Fachliche und fachdidaktische Aspekte von Comic- und

Cartoonaufgaben im Physikunterricht

Evelyn Cieslinska Konstruktion und Bau eines „Plastikflaschenschiffes“: Physikalische

und physikdidaktische Analyse zum Thema „Auftrieb“

Viktoria Hlipala Physikalische Phänomene im Tierreich

Christina Menges Physik der Guinnessrekorde

Simon Gareis Einsatzmöglichkeiten von Smartphones im Physikunterricht als Messund

Experimentiermittel. Fachliche und fachdidaktische

Diskussion im Themenbereich Mechanik

Markus Klug Fachliche und fachdidaktische Analyse zu physikalisch-chemischen

Lerninhalten in Zeitungsartikeln

Bianca Herzog Naturphänomene aus fachwissenschaftlicher und fachdidaktischer

Sicht – der Ausbruch eines Geysirs

Julia Vanessa Alltagsvorstellungen im Bereich Wärmelehre: Ergebnisse einer

Haubert

Längsschnittstudie

Thorsten Michael Experimentelle Untersuchung einer mikroskopischen Theorie des

Gaschler

Phänomens „Reibung“

Halil Köse Fachwissenschaftliche Grundlagen und ausgewählte

Unterrichtskonzeptionen zu Themenfeld 3 – Bewegung zu Wasser,

zu Lande und in der Luft – des Faches Naturwissenschaften Klasse

5-6

Veröffentlichungen

Monographien

1. Gröber, S. (2011). Experimentieren aus der Ferne (RCL-Projekt an der Technischen

Universität Kaiserslautern) - Entwicklung, Evaluation, Beispiele und Einsatz von RCLs

in der Lehre. Dissertation an der Technischen Universität Kaiserslautern.

2. Kuhn, J. (2010). Authentische Aufgaben im theoretischen Rahmen von Instruktions-

und Lehr-Lern-Forschung: Effektivität und Optimierung von Ankermedien für eine neue

Aufgabenkultur im Physikunterricht. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag.

3. Vogt, P. (2010). Werbeaufgaben im Physikunterricht: Motivations- und

Lernwirksamkeit authentischer Texte. Wiesbaden: Vieweg + Teubner.

Tätigkeiten als Herausgeber

1. Kuhn, J., Müller, A. & Müller, W. (2011). Materialien & Methoden: Authentische

Aufgaben. Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) – Physik 22 (2011), Heft Nr. 121.

Buch- und Zeitschriftenbeiträge

103


2010

1. Bernshausen, H. & Kuhn, J. (2010). Comics von Superhelden: Ein Thema für den

Astronomie- und Physikunterricht. ASTRONOMIE + RAUMFAHRT (A+R) 47 (2010), Heft

1, 37-41.

2. Gröber, S., Vetter, M., Eckert, B., Jodl, H.-J. (2010). Experimenting from a distance -

determination of speed of light by a Remotely Controlled Laboratory (RCL). European

Journal of Physics (EJP), 31 (2010), Heft 3, 563-572.

3. Gröber, S., Jodl, H.-J. (2010): A collection of problems for physics teaching. European

Journal of Physics (EJP), 31 (2010), Heft 4, 735-739.

4. Gröber, S., Vetter, M., Jodl, H.-J. (2010): Experimenting from a distance in case of

diffraction and interference. In: Michelini, M., Lambourne, R., Mathelitsch, L. (Hg.):

MPTL 14. Multimedia in Physics Teaching and Learning. 23.09-25.09.2009, Udine,

Italy. Bologna: Società Italiana di Fisica, 211–220.

5. Gröber, S., Vetter, M., Eckert, B., Jodl, H.-J. (2010): Experimenting from a distance in

case of Rutherford scattering. European Journal of Physics (EJP), 31 (2010), Heft 4,

727-733.

6. Gröber, S., Vetter, M., Eckert, B., Jodl, H.-J. (2010): Experimente zur Radioaktivität - als

Remotely Controlled Laboratory (RCL). Praxis der Naturwissenschaften-Physik in der

Schule (PdN-PhiS), 59 (2010), Heft 2, 44-47.

7. Kuhn, J. (2010). Zeitungsaufgaben und Co.: Einsatz und Effektivität authentischer

Lernmedien im Physikunterricht. PLUS LUCIS Online 1 (2010), A1-A7. (Verfügbar

unter:

http://pluslucis.univie.ac.at/PlusLucis/101/AuthentischeLernmedien_Kuhn_Online.p

df [temp. web address])

8. Kuhn, J. & Müller, A. (2010). LeNa – Lehrerbildung in den Naturwissenschaften:

Regionales Netzwerk und Forschungsorientierung in der Lehrerbildung. In J. Abel & G.

Faust (Hrsg.), Wirkt Lehrerbildung? Antworten aus der empirischen Forschung (S. 301-

310). Münster, New York, München, Berlin: Waxmann.

9. Kuhn, J., Bernshausen, H., Müller, A. & Müller, W. (2010). Spiderman und andere

Superhelden: ‚Comicaufgaben’ als Beispiele für Science Fiction im Physikunterricht.

Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule (PdN-PhiS) 1 (59), 18-24.

10. Kuhn, J., Müller, A., Müller, W. & Vogt, P. (2010). Kontextorientierter

Physikunterricht: Konzeptionen, Theorien und Forschung zu Motivation und Lernen.

Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule (PdN-PhiS) 5 (59), 13-25.

2011

11. Kuhn, J. (2011). Schloss im Regentropfen: Ein nicht alltäglicher Blick auf

ein alltägliches Phänomen. Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) – Physik 22

(2011), Heft Nr. 121, 11-14.

12. Kuhn, J. (2011). Die etwas andere Aktion „Saubere Umwelt“: Mit einem

Plastikflaschenschiff über den Pazifik. Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) –

Physik 22 (2011), Heft Nr. 121, 21-23.

13. Kuhn, J. (2011). Solare Mobilität: Weltmeisterschaft im Rahmen des

solaren Motorsports. Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) – Physik 22 (2011),

Heft Nr. 121, 24-26.

104


14. Kuhn, J. (2011). Verkehrssicherheit im Physikunterricht – Drastische

Folgen einer Geschwindigkeitsüberschreitung. Naturwissenschaften im Unterricht

(NiU) – Physik 22 (2011), Heft Nr. 122, 43-45.

15. Kuhn, J. & Müller, A. (2011). Sachgleiche Aufgabe: Ein solares

Ausflugsschiff. Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) – Physik 22 (2011), Heft Nr.

121, 27-28.

16. Kuhn, J. & Müller, A. (2011). Aspekte der Energieumwandlung beim

Streckenrekord eines TGV-Hochgeschwindigkeitszuges. Naturwissenschaften im

Unterricht (NiU) – Physik 22 (2011), Heft Nr. 121, 29-32.

17. Kuhn, J. & Vogt, P. (2011). 50-jähriger Tiefenrekord: Verdienst und Ursache

aus physikalischer Sicht. Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) – Physik 22 (2011),

Heft Nr. 121, 18-20.

18. Kuhn, J., Vogt, P. & Müller, S. (2011). Handys und Smartphones -

Einsatzmöglichkeiten und Beispielexperimente im Physikunterricht. Praxis der

Naturwissenschaften – Physik in der Schule (PdN-PhiS) 7 (60), 5-11.

19. Kuhn, J., Müller, A., Müller, W. & Vogt, P. (2011). „Zeitungsaufgaben“ und

andere authentische Problemstellungen: Impulse für die Aufgabenkultur aus der

physikdidaktischen Forschung. Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) – Physik 22

(2011), Heft Nr. 121, 4-10.

20. Schäfer, K., Kuhn, J. & Müller, A. (2011). Berechtigter Goldraub? – Eine

physikalische Perspektive einer sportlichen Wettkampfentscheidung.

Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) – Physik 22 (2011), Heft Nr. 121, 15-17.

21. Vogt, P., Kuhn, J. & Gareis, S. (2011). Beschleunigungssensoren von

Smartphones - Möglichkeiten und Beispielexperimente zum Einsatz im

Physikunterricht. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule (PdN-PhiS) 7

(60), 15-22.

22. Vogt, P., Kuhn, J. & Lück, S. (2011). Smartphone-Anwendungen für den

Physikunterricht. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule (PdN-PhiS) 7

(60), 30-34.

23. Vogt, P., Kuhn, J. & Müller, S. (2011). Experiments Using Cell Phones in Physics

Classroom Education: The Computer Aided g-Determination. The Physics Teacher 49

(2011), 383-384.**; DOI: 10.1119/1.3628272

24. Vogt, P., Kuhn, J., Müller, A. & van Bien, N. (2011). Wasserspaß durch

Sonnenenergie. Naturwissenschaften im Unterricht (NiU) – Physik 22 (2011), Heft Nr.

125, 38-41.

25. Vogt, P. (2011). Fallschirmspringer durchbricht die Schallmauer! Oder

doch nicht?! – Modellbildung mittels Tabellenkalkulationssoftware. In:

Naturwissenschaften im Unterricht Physik 126, S. 37-42.

26. Vogt, P. (2011). Physik und Spielzeug am Beispiel des holländischen

Fernrohrs. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 123/124, S. 88-90.

27. Vogt, P. (2011). Science Fiction: Utopie oder Zukunft? In: Astronomie +

Raumfahrt, 48/2, S. 4-8.

105


28. Vogt, P. (2011). Physik rund um den Wasserkocher. Experimentelle und

theoretische Untersuchung eines Alltagsgeräts. In: Naturwissenschaften im Unterricht

Physik, 121, S. 33-35.

29. Vogt, P. (2011). Mit teuren Lampen sparen? Diskussion verschiedener

Leuchtmittel aus ökonomischer und ökologischer Sicht. In: Naturwissenschaften im

Unterricht Physik, 121, S. 38-41.

30. Vogt, P. & Müller, A. (2011). Heizen mit Holz, Briketts oder Diesel?

Aufgaben zum Heizwert von Brennstoffen. In: Naturwissenschaften im Unterricht

Physik, 121, S. 36-37.

31. Vogt, P. & Müller, A. (2011). „Laptop-Jalousie“ verhindert Datendiebstahl.

Eine Anwendung der geradlinigen Lichtausbreitung. In: Naturwissenschaften im

Unterricht Physik, 121, S. 42-44.

Eingeladene Vorträge

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben und Co. in der Physikdidaktik: Kontextorientierung durch

einen aufgabenorientierten Einsatz authentischer Lernmedien im theoretischen

Rahmen von Instruktions- und Lehr-Lern-Forschung“ am 11.02.2010 im Rahmen eines

Symposiums des Promotionskollegs „Naturwissenschaftliches Lernen in alltagsnahen

Kontexten“ an der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg in Ludwigsburg

(Einladung durch Prof. Dr. R. Girwidz).

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben und Co.: Einsatz und Effektivität authentischer Lernmedien

im Physikunterricht“ als Plenarvortrag am 22.02.2010 auf der 64. Fortbildungswoche

des Vereins zur Förderung des physikalischen und chemischen Unterrichts und der

Österreichischen Physikalischen Gesellschaft an der Universität Wien in Wien

(Einladung durch Dr. H. Kühnelt).

J. Kuhn: Vorstellung des PD-Q-Moduls „Aufgabenkultur“ am 24.02.2010 auf der GDCP

Schwerpunkt-Tagung der Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik (GDCP) an

der Universität Frankfurt in Frankfurt (Einladung durch Dr. F. Korneck, Prof. Dr. H.

Schecker, Prof. Dr. R. Wodzinski).

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben und Co.: Einsatzmöglichkeiten, Effektivität und Optimierung

authentischer Lernmedien im Physikunterricht“ als Plenarvortrag am 26.03.2010 auf

den Lehrertagen Regensburg der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) an der

Universität Regensburg in Regensburg (Einladung durch J. Reisinger).

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben und Co.: Effektivität und Optimierung im Rahmen einer

„neuen Aufgabenkultur“ im Physikunterricht“ am 15.07.2010 an der Universität zu

Köln (Einladung durch Prof. Dr. Schäbitz).

J. Kuhn: „Authentische Aufgaben im theoretischen Rahmen von Instruktions- und Lehr-

Lern-Forschung: Effektivität und Optimierung von situierten Lernmedien für eine neue

Aufgabenkultur im Physikunterricht“ am 04.11.2010 an der Universität Koblenz-

Landau (Einladung durch Prof. Dr. Müller).

J. Kuhn: „Authentische Aufgaben im Physikunterricht: Gründe, Möglichkeiten und

Perspektiven“ am 27.01.2011 an der Ruhr-Universität Bochum (Einladung durch Prof.

Dr. Priemer).

J. Kuhn: „Comicaufgaben und Experimente mit neuen (Alltags-)Medien: Beispiele für

authentsiches Lernen!?“ als Plenarvortrag am 21.02.2011 auf der 65.

Fortbildungswoche des Vereins zur Förderung des physikalischen und chemischen

106


Unterrichts und der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft an der Universität

Wien in Wien (Einladung durch Dr. H. Kühnelt).

J. Kuhn: „Authentische Aufgaben im theoretischen Rahmen von Instruktions- und Lehr-

Lern-Forschung: Effektivität und Optimierung von situierten Lernmedien für eine neue

Aufgabenkultur im Physikunterricht“ am 23.02.2010 an der Pädagogischen

Hochschule Schwäbisch-Gmünd (Einladung durch Prof. Dr. Haase).

J. Kuhn: „Authentische Lernmedien: Lerngelegenheiten zur Auseinandersetzung mit

authentisch-originalen Problemstellungen und Materialien zu Natur, Technik und

Umwelt als zentrale Aufgabe der Entwicklung naturwissenschaftlichen Denkens“ am

04.03.2011 an der Pädagogischen Hochschule FHNW Basel, Schweiz (Einladung

durch R. Schnegg).

J. Kuhn: „Die Zeitung im Physikunterricht“ am 12.04.2011 im Rathaus in Zweibrücken

(Einladung durch Imke Bauer, DIE RHEINPFALZ).

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben, Handyexperimente und Co.: Motivations- und Lerneffekte

durch authentische Aufgaben und neue Experimente im theoretischen Rahmen des

Situierten Lernens“ am 14.04.2011 an der Akademie für Lehrerbildung in Dillingen an

der Donau (Einladung durch StD G. Wildner, Sprecher der Seminarlehrer für Physik in

Bayern).

J. Kuhn: „Die Welt mit Handy und Smartphone: Naturwissenschaftliche Experimente mit

neuen Alltagsmedien“ am 20.05.2011 und 21.05.2011 im Luisenpark Mannheim im

rahmen von ‚Explore Science – Naturwissenschaftliche Erlebnistage’ der Klaus-

Tschira-Stiftung (Einladung durch Markus Bissinger, Klaus-Tschira-Stiftung).

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben, Handyexperimente & Co.: Motivations- und Lernwirkung

authentischer Lernmedien im Physikunterricht“ am 10.06.2011 an der Technischen

Universität Kaiserslautern (Einladung durch Prof. Dr. E. Oesterschulze).

J. Kuhn: „Experimente mit Handy & Co.: Beispiele für experimentelle authentische

Lernmedien im Physikunterricht” am 27.07.2011 bei der DPG-Lehrerfortbildung II im

Physikzentrum Bad Honnef (Einladung durch Prof. Dr. H. Theyßen).

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben, Handyexperimente & Co.: Motivations- und Lernwirkung

authentischer Lernmedien im Physikunterricht“ am 10.10.2011 im Rahmen des

Forschungskolloquiums Naturwissenschaftsdidaktik an der Pädagogischen

Hochschule FHNW Basel, Schweiz (Einladung durch Prof. Dr. A. Heitzmann).

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben und Co.: Theorie und Praxis authentischer Aufgaben im

Physikunterricht“” am 15.11.2011 bei der DPG-Lehrerfortbildungskurs für

Quereinsteiger in das Physiklehramt im Physikzentrum Bad Honnef (Einladung durch

Prof. Dr. R. Wodzinski).

J. Kuhn: „Zeitungsaufgaben und Co.: Authentische Lernmedien im

naturwissenschaftlichen Unterricht“” am 11.01.2012 im Rahmen des

Naturwissenschaftsdidaktischen Kolloquiums an der Technischen Universität

Braunschweig (Einladung durch Prof. Dr. R. Müller).

P. Vogt: Effektivität authentischer Lernmedien im Physikunterricht der Sekundarstufe I –

Von Werbeaufgaben bis zu Handyexperimenten. Universität Ulm (eingeladen von Prof.

Dr. T. Seufert, 25.11.2011)

P. Vogt: Einsatzmöglichkeiten von Handys und Smartphones im Mechanikunterricht als

Mess- und Experimentiermittel. Plenarvortrag bei der MNU Landestagung Westfalen

(eingeladen von Prof. Dr. O. Schwarz, 27.09.2011).

107


P. Vogt: Einsatzmöglichkeiten von Smartphones im Mechanikunterricht als Mess- und

Experimentiermittel. Ruhr-Universität Bochum (eingeladen von Prof. Dr. U. Czarnetzki,

30.05.2011)

P. Vogt: Einsatzmöglichkeiten von Handys und Smartphones im Mechanikunterricht als

Mess- und Experimentiermittel. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

(eingeladen von Prof. Dr. W. Widdra, 16.05.2011).

P. Vogt: Effektivität authentischer Lernmedien im Physikunterricht der Sekundarstufe I –

Von Werbeaufgaben bis zu Handyexperimenten. Pädagogische Hochschule

Schwäbisch-Gmünd (eingeladen von Prof. Dr. H.-M. Haase, 25.02.2011).

P. Vogt: Effektivität authentischer Lernmedien im Physikunterricht der Sekundarstufe I –

Von Werbeaufgaben bis zu Handyexperimenten. RWTH Aachen (eingeladen von Prof.

Dr. H. Heinke, 10.11.2010).

P. Vogt: „Werbeaufgaben“ im Physikunterricht: Motivations- und Lernwirksamkeit

authentischer Texte, untersucht am Beispiel von Werbeanzeigen. Universität Koblenz-

Landau/Campus Koblenz (eingeladen von Prof. Dr. S. Wehner, 15.07.2010).

Nicht-eingeladene Vorträge (teils in Kooperation mit anderen Kolleginnen und Kollegen)

Vortrag „Experimental Competence Rubrics: Conceptual Synthesis and Psychometric

Validation“. ESERA 2011, Lyon (Frankreich).

Vortrag „Einsatzmöglichkeiten von Smartphones im Mechanikunterricht.“

Frühjahrstagung des Fachverbandes Didaktik der Physik in der Deutschen

Physikalischen Gesellschaft, Münster.

Vortrag „Wiki-System für Freihand-Experimente.“ Frühjahrstagung des Fachverbandes

Didaktik der Physik in der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Münster.

Vortrag „Elektronische Testaufgaben zur Vorbereitung auf experimentelle Übungen.“

Frühjahrstagung des Fachverbandes Didaktik der Physik in der Deutschen

Physikalischen Gesellschaft, Münster.

Vortrag „Kreuzvalidierung verschiedener Interessenstests.“ Jahrestagung der GDCP,

Potsdam.

Vortrag „Kontextorientierung: fachdidaktische Konzepte und empirische Evidenz.“

Jahrestagung der GDCP, Potsdam.

Vortrag „Neue Experimente mit dem Handy im Physikunterricht.“ Jahrestagung der

GDCP, Potsdam.

Vortrag „How Small an Anchor Can Be? Physics Learning with Authentic Learning Tasks.”

GIREP International Conference, Reims (Frankreich).

Vortrag „Höret! Die Elektronendichte! Messung eines geophysikalischen Parameters und

die Elementarisierung der Hintergrundtheorie.“ Frühjahrstagung des Fachverbandes

Didaktik der Physik in der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Hannover.

Vortrag „Kreuzvalidierung verschiedener Interessenstests – Messen IPN, PMI und MAI

das Gleiche?“ Frühjahrstagung des Fachverbandes Didaktik der Physik in der

Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Hannover.

Vortrag „Das Handy im Physikunterricht: Anwendungsmöglichkeiten eines bisher wenig

beachteten Mediums.“ Frühjahrstagung des Fachverbandes Didaktik der Physik in der

Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Hannover.

Vortrag „Ferngesteuerte Realexperimente - Schülerinnen und Schüler experimentieren

von zu Hause aus eigenständig über das Internet“ am 24.09.2010 im Rahmen der

108


Abschlusskonferenz des Projekts „Naturwissenschaften entdecken!“ von Schulen ans

Netz in der Friedrich-Ebert-Stiftung, Bonn.

Vortrag „Kreuzvalidierung verschiedener Interessenstests – Messen IPN, PMI und MAI

das Gleiche?” am 08.03.2010 auf der DPG-Jahrestagung an der Universität Hannover

in Hannover.

Vortrag “How Small an Anchor Can Be? Physics Learning with Authentic Learning Tasks”

am 25.08.2010 auf der Tagung der International Research Group on Physics (GIREP)

an der Université de Reims Champagne-Ardenne (Frankreich).

Workshop zu „Unterrichtspraktikable Kompetenzkernindikatoren von Physikaufgaben”

am 15.09.2010 auf der GDCP-Jahrestagung an der Universität Potsdam in Potsdam.

Vortrag „Neue Experimente mit dem Handy im Physikunterricht” am 16.09.2010 auf der

GDCP-Jahrestagung an der Universität Potsdam in Potsdam..

Vortrag “Experimental Competence Rubrics: Conceptual Synthesis and Psychometric

Validation” am 08.09.2011 auf der Tagung der European Science Education Research

Association (ESERA) im Centre de Congrès in Lyon (Frankreich).

109


AG Physik und Technologie der Nanostrukturen

Experimentalphysik

Prof. Dr. Egbert Oesterschulze

Forschungsgebiete:

Die Realisierung und Applikation von verschiedenen integrierten Nano-Sonden bildet

den Schwerpunkt der Arbeitsgruppe. Dabei teilt sich der Anwendungsbereich in die

Sensorik für die Rastersondenmikroskopie und die Massensensorik, Gasanalytik und

Flüssigkeitssensorik auf:

Sensorik für die elektrochemische Rastersondenmikroskopie (DFG in Vorbereitung):

Die Integration einer ca. 100 nm großen Au-Elektrode in die Abtastspitze eines AFM

Sensors ermöglicht simultane Messung von Topographie- und elektrochemischen

Kontrast in fluidischer Umgebung. Die Sensoren werden in Kooperation mit Prof. Dr.

Wittstock (Universität Oldenburg) zur Untersuchung von Titanlegierungen als

Implantatmaterialien eingesetzt.

Einzelzellenachweis (DFG): Die Resonanzfrequenzen mechanischer Eigenschwinger

extrem kleiner Geometrie sind stark davon abhängig, ob weitere Masse z.B. in Form von

Einzelzellen, auf der Oberfläche abgelagert wird. Das zunächst einfache Grundprinzip

wird durch die fluidische Umgebung der Zellen stark gestört. Das Ziel ist es den

bisherigen Massennachweis von 3-4pg deutlich zu reduzieren, um schließlich einen

universell einsetzbaren extrem empfindlichen Massensensor zu erhalten.

Mikroresonatoren für die Gas- und Flüssigkeitsanalytik: Ein neuer patentierter

Mikroresonator auf Siliziumbasis wurde auf seine Eignung in der Gasanalytik untersucht.

Das Dämpfungsverhalten kann durch semianalytische Modelle gut reproduziert werden.

Ebenso spannend ist das Temperaturverhalten dieser Resonatoren. Eine lokale

Temperaturmessung könnte z.B. im Bereich der Katalytik zur Untersuchung der Dynamik

chemischer Reaktionen kleinster Stoffmengen benutzt werden.

Antenennsonden und koaxiale optische Nanosonde: Die effektive optische Ankopplung

von externen optischen Feldern an Nanoobjekte ist ein wichtiges Ziel, um Nanoobjekte

ansprechen und untersuchen zu können. Die Koaxialsonde bietet eine Möglichkeit, dies

durch die Vermeidung eines Cut-Off’s effizient zu erreichen. Allerdings stellt sich einem

dabei ein äußerst komplexes Problem: die Realisierung eines koaxialen Tapers mit

Querdimensionen unterhalb von 100nm Durchmesser und die Möglichkeit in diese

Struktur einzukoppeln.

Hochfrequente AFM-Sensorik: Die Entwicklung des AFM’s hat einen wesentlichen

Stimulus für die Nanotechnologie gegeben. Mit Hilfe eines Heterodyn-Interferometers

konnten inzwischen AFM-Sonden so verändert werden, dass eine Frequenzerhöhung

möglich ist. Das Ziel sind Resonanzfrequenzen im 10-100 MHz-Bereich.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe:

PostDoc

Dr. Dipl. Phys. E.A. Ilin DFG /Land/Uni.-Stipendium

110


Doktoranden:

Dipl. Phys. M. Ignatowitz Uni.-Stipendium

Dipl. Phys. E. Ilin DFG / Land / Uni.-Stipendium

Dipl. Ing. J. Kehrbusch DFG / Land / Uni.-Stipendium

Dipl. Phys. J. Linden DFG

Dipl. Phys. M. Salomo DFG

Dipl. Phys. B. Schaaf DFG / Stiftung Innovation

Dipl. Chem. B. Radzio DFG / Land

Dipl. Phys. S. Roth DFG / Land

Dipl. Phys. T. Deutschmann DFG

Diplomanden:

M. Reichardt 03/2009 – 03/2010

B. Radzio 06/2009 - 06/2010

M. Ignatowitz 10/2009 – 10/2010

J. Linden 11/2009 - 11/2010

K. Biet 03/2010 - 03/2011

R. Grübnau 10/2010 - 04/2011

T. Deutschmann 10/2010 - 10/2011

Technischer Mitarbeiter:

Hans Molter

Sekretariat:

Esther Paul-Greß

Drittmittelprojekte:

� Dynamische Mikro-Iris, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Kennzeichen: OE

220/8-1

� Comparative studies of plasmonic transport in metal nanostructures on a

femtosecond time scale by means of time and polarization resolved SNOM and

PEEM, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Kennzeichen: OE 220/9-1

� Aktiver Hybridmikroresonator mit reduzierter Dämpfung für die Sensorik in

viskoser Umgebung, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Kennzeichen: OE

220/10-1

� Realisierung eines integrierten Mikroauges aus elektrisch verstimmbaren

Membran Mikrolinsen und -prismen sowie variablen Blenden und Filtern,

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Kennzeichen: OE 220/12-2

Kooperationen:

Prof. Dr. G. Wittstock (Carl Ossietzky Universität Oldenburg)

Prof. Dr. O. Ambacher (IMTEK, Freiburg)

Dr. V. Cimalla (FhG IAF, Freiburg)

111


Diplomarbeiten:

Maik Reichardt (03/2010)

Herstellung stressarmer Siliziumnitrid-Schichten mittels PECVD Verfahren

B. Radzio (06/2010)

Optimierung des thermischen Verhaltens mikromechanischer Resonatoren für die lokale

Untersuchung katalytischer Reaktionen

M. Ignatowitz (10/2010)

Nicht-mechanische Mikroblenden auf Basis elektrochromer Polymere

J. Linden (11/2010)

Integration eines antennenbasierten optischen Nahfeldsensors in eine

Rasterkraftmikroskopsonde

K. Biet (03/2011)

Untersuchung von säulenförmigen Si-Mikroresonatoren und U-Spalt-Cantilevern in

Fluiden für biosensorische Anwendungen

R. Grübnau (04/2011)

Entwicklung aktiver Mikroresonatoren auf Basis piezoelektrischer Aluminiumnitrid

- Membranen

T. Deutschmann (10/2011)

Mikroresonatoren auf Basis verspannter dünner Schichten

Promotionen:

Jenny Kehrbusch (02/2010)

Säulenartige Mikroresonatoren für die ultrasensitive Massensensorik in Fluiden

Elena Ilin (05/2011)

Theoretische und experimentelle Untersuchung des viskosen

Dämpfungsverhaltens hochfrequenter Mikroresonatoren

Marc Salomo (06/2011)

Entwicklung und Charakterisierung multifunktionaler AFM-Sonden für chemische

und optische Anwendungen

Veröffentlichungen:

1. J. Kehrbusch, P. Bozek, B. Radzio, E.A. Ilin, E. Oesterschulze, Columnar shaped

microresonators for mass detection and gas analysis, Microelectron. Eng., 87, DOI:

10.1016/j.mee.2009.11.075, 816-819, 2010.

2. S.E. Pust, G. Wittstock, E. Oesterschulze, Integrated Cantilever Probes for SECM/AFM

Characterization of Surfaces, M. Salomo, Microelectron. Eng., DOI:

10.1016/j.mee.2009.11.032, 87, 1534-1536, 2010.

112


3. M. Salomo, D. Bayer, B. R. Schaaf, M. Aeschlimann, E. Oesterschulze, Fabrication and

Characterization of Coaxial Scanning Nearfield Optical Microscopy Cantilever

Sensors, Microelectron. Eng., DOI: 10.1016/j.mee.2009.11.031, 87, 1537-1539,

2010.

4. S.E. Pust, M. Salomo, E. Oesterschulze and G. Wittstock, Influence of electrode size

and geometry on electrochemical experiments with combined SECM-SFM probes,

Nanotechnology, 21, 105709, 2010.

5. E.A. Ilin, J. Kehrbusch, B. Radzio, E. Oesterschulze, Analytical Model of the

Temperature Dependent Properties of Microresonators Immersed in a Fluid, J. Appl.

Phys, 109, 33519, 2011.

6. B. Radzio, J. Kehrbusch, E.A. Ilin, E. Oesterschulze, A method to investigate the

temporal spectral response of microresonators affected by optical read-out

techniques, DOI: 10.1016/j.mee.2011.02.077, Microelectron. Eng., 2011.

7. J. Linden, Ch. Thanner, B. Schaaf, S. Wolff, B. Lägel, E. Oesterschulze , Spray Coating

of PMMA for Pattern Transfer via Electron Beam Lithography on Surfaces with High

Topography, DOI:10.1016/j.mee.2010.12.106, Microelectron. Eng, 2011.

8. S. Roth, M. Ignatowitz, P. Müller, W. Mönch, E. Oesterschulze, Non-mechanical

variable apertures based on Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT),

DOI:10.1016/j.mee.2010.02.106, Microelectron. Eng., 2011.

Eingeladener Vortrag:

� E. Oesterschulze, Columnar Microresonators for Picogram Mass Detection

in Fluids with High Quality Factor, Coimbatore, Nano 2010, Combaitore, Indien,

16.12.2010

Konferenzbeiträge

� J. Linden, Spraycoating of PMMA for Pattern Transfer via E-Beam-Lithography on

Surfaces with High Topography, 36th International Conference on Micro & Nano

Engineering (MNE), Genua, Italien,

2010

� S. Roth, E. Oesterschulze, Non-mechanical Variable Apertures Based on Poly(3,4ethylenedioxythiophene)

(PEDOT), 36th International Conference on Micro & Nano

Engineering (MNE), Genua, Italien,

2010

� J. Linden, E. Oesterschulze, Spraycoating of PMMA for Pattern Transfer via E-

Beam-Lithography on Surfaces with High Topography Raith User Meeting, Genua

Italien, 2010

� S. Roth, E. Oesterschulze, Non-mechanical Variable Apertures Based on

Intrinsically Conductive Polymers (ICPs), EOS annual meeting, Paris, Frankreich,

2010.

� E. A. Ilin, E. Oesterschulze, High frequency cantilever resonator, 4th

International Conference Progress and Trends in Bionanoscopy, Lomonsov

Moscow State University, Moscow, 2010.

113


� E. A. Ilin, B. Schaaf, R. Tholl, E. Oesterschulze, MHz-Tip Resonators on Base of

Low Frequency Cantilevers, International Workshop on Nanomechanical

Cantilever Sensors, Banff, Kanada, 2010.

� E. A. Ilin, J. Kehrbusch, Egbert Oesterschulze, Analysis of the Temperature

Dependent Frequency Shift of Micromechanical Columnar Silicon Resonators,

International Workshop on Nanomechanical Cantilever Sensors, Banff, Kanada,

2010

� J. Kehrbusch, P. Kehrbusch, B. Radzio, E. A. Ilin, E. Oesterschulze, V. Cimalla, E.

Sah, F. Knöbber, C.-C. Röhling, V. Lebedev, Hybrid rf-microresonators with

piezoelectric AlN membrane for actuation and read-out, 36th International

Conference on Micro & Nano Engineering (MNE), Genoa, Italy, 2010

� B. Radzio, P. Bozek, J. Kehrbusch, E. A. Ilin, E. Oesterschulze, Influence of the

optical read-out on the mechanical behavior of microresonators measured with

the gated frequency response method, 36th International Conference on Micro

& Nano

Engineering (MNE), Genoa, Italy, 2010

� B. Radzio, J. Kehrbusch, P. Bozek, E. A. Ilin, E. Oesterschulze: " Mass detection

in fluids with a columnar hybrid membrane resonator", Nano Bio Europe

Congress, Münster, 2010

� B. Radzio, J. Kehrbusch, P. Kehrbusch, T. Deutschmann, E. A. Ilin, E.

Oesterschulze, Reduced influence of the optical read-out ultrasensitive mass

detection with microresonators, 8th International Nanomechanical Sensing

Workshop, Dublin, Ireland, 2011

� E. A. Ilin, P. Peiker, B. Radzio, E. Oesterschulze, Investigation and modelling of

temperature unaffected cantilever microresonators, 8th International Nanomechanical

Sensing Workshop, Dublin, Ireland, 2011

� E. Oesterschulze, Breaking the Paradigm of Full Immersion of Microresonators:

Picogram Mass Detection in Water with a Quality Factor of 500, Nanomechanical

Sensing, Dublin, Irland, 2011

Sonstige Konferenzbeiträge, Kolloquien, Seminare

� B. Schaaf, J. Linden, E. Oesterschulze, Cantilever based Scanning Near Field

Optical Microscopy probes as platform for optical antenna sensors, DPG

Frühjahrstagung, Regensburg, 2010

� B. Schaaf, J. Linden, E. Oesterschulze, Nano Antennas and their Integration on a

Microstructured SNOM Cantilever Platform for Time Resolved Investigations of

Nanostructures, International Workshop on Ultrafast Nanooptics, Bad Dürkheim,

2010

� B. Schaaf, E. Oesterschulze, Metallic Nano-Apertures and Nano-Antennas as

SNOM Probes: Approach with a Hollow Dielectric Pyramid as Platform,

Summerschool DFG-SPP, 2010

� S. Roth, E. Oesterschulze, Variable nichtmechanische Aperturen auf Basis

intrinsisch leitfähiger Polymere (ICPs), Statusmeeting DFG SPP 1337, Freiburg,

2010

� B. Schaaf, E. Oesterschulze, Femtosecond Plasmonic Transport in Metal

Nanostructures Investigated by SNOM and PEEM, DFG-SPP 1391, Bad Honnef,

2011

114


� B. Schaaf, E. Oesterschulze, Summerschool SPP1391, Batch Fabrication of

Nearfield Optical Samples for SNOM Application, Delmenhorst, 2011

� S. Roth, E. Oesterschulze, Variable Micro-iris based on electrochromic materials,

Abschlusstreffen DFG SPP 1337, IMTEK Freiburg, 2011

� E. A. Ilin, J. Kehrbusch, P. Bozek, B. Radzio, E. Oesterschulze, Massendetektion in

fluiden Medien, AOFA, IFOS Kaiserslautern, 2010

Sonstiges

� Vorstand des Regionalverbands Hessen-Mittelrhein-Saar in der DPG

� Stellvertretender Leiter des Nano-Structuring-Centers (Kaiserslautern)

� Mitglied im Landesschwerpunkt NanoKat des Landes Rheinland-Pfalz (2009)

115


AG Ultrakalte Quantengase und Quantenatomoptik

Experimentalphysik

Prof. Dr. Herwig Ott

Forschungsgebiete

Die Arbeitsgruppe untersucht die mikroskopische Struktur von Quantengasen und

befasst sich mit Grundlagenexperimenten in der Quantenatomoptik, der

Quantensimulation und der Quanteninformationsverarbeitung.

Die Forschung gliedert sich in die folgenden Themenbereiche

1. Korrelationen in Quantengasen

Untersuchung von Paarkorrelationen in kondensierten und thermischen Gasen.

Vermessung von statischen und zeitabhängigen Korrelationen in stark

wechselwirkenden, niederdimensionalen Quantensysteme.

2. Dissipative Prozesse in Quantengasen

Untersuchung des Einflusses lokaler Verlustprozesse auf Quantengase,

einschließlich deren Modellierung mit Hilfe von mean-field-Theorien.

3. Tunneldynamik in optischen Gittern

Präparation maßgeschneiderter Zustände in optischen Gitter. In situ

Beobachtung von Tunnelprozessen einfacher und höherer Ordnung.

4. Quantensimulation

Entwicklung von Konzepten zur Ausnutzung der Dipol-Dipol-Wechselwirkung

zwischen Rydberg-Atomen für die Implementierung einer langreichweitigen

Wechselwirkung in optischen Gittern.

5. Ultrakalte Ionenquellen

Untersuchung verschiedener Ionisationsmechanismen auf deren Verwertbarkeit

für die Erzeugung ultrakalter Ionenstrahlen.

Die physikalischen Fragestellungen werden begleitet von der Entwicklung neuer

Technologien für die Untersuchung, die Manipulation und die Detektion von Atomen in

ultrakalten Quantengasen. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich die Arbeitsgruppe

insbesondere mit dem Einsatz der Rasterelektronenmikroskopie, die eine hohe

Ortsauflösung mit der Empfindlichkeit auf einzelne Atome verbindet. Dazu werden neue

Strategien für die Anregung von Atomen in Rydbergzustände entwickelt, wobei

insbesondere frequenzverdoppelte Lasersysteme zum Einsatz kommen. Außerdem

befasst sich die Gruppe mit Multiphoton-Ionisationsprozessen um auf effiziente Weise

Atome in Quantengasen zu ionisieren. Dies kann einerseits für die Untersuchung der

Quantengase selbst wie auch für die Produktion von Ionenstrahlen mit äußerst hoher

Strahlqualität herangezogen werden.

116


Die Vorhaben der Arbeitsgruppe wurden im Berichtszeitraum durch das Emmy Noether-

Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft, den SFB/TRR49 (condensed matter

physics with variable many-body interactions), das GRK 792 (Nichtlineare Optik und

Ultrakurzzeitphysik), den DAAD und die Graduiertenschule MAINZ unterstützt.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe:

Postdoktoranden

Dr. Vera Guarrera Land 7/2010 – 2/2011

EU 3/2011 – 12/2011

Dr. Giovanni Barontini Land 4/2010 – 2/2011

EU 3/2011 – 12/2011

Dr. Frank Markert Land 1/2010 – 3/2010

Doktoranden

Dipl.-Phys. Tatjana Gericke Land 1/2010 – 7/2010

Dipl.-Phys. Peter Würtz DFG 1/2010 – 12/2012

Dipl.-Phys. Andreas Vogler DFG 1/2010 – 3/2011

Land 4/2011 – 12/2011

Dipl.-Phys. Tobias Weber Land 1/2010 – 12/2011

Dipl.-Phys. Ralf Labouvie Land 1/2011 – 6/2011

DFG 7/2011 – 12/2011

Dipl.-Phys. Torsten Manthey Land 5/2011 – 12/2011

Dipl.-Phys. Thomas Niederprüm Land 11/2011 – 12/2011

Diplomanden

Fabian Etzold bis 2/2010

Matthias Scholl 4/2010 – 6/2011

Arne Ewerbeck 5/2010 – 7/2011

117


Torsten Manthey 5/2010 – 4/2011

Julia Grün seit 10/2010

Thomas Niederprüm 11/2010 – 10/2011

Felix Stubenrauch seit 9/2011

Technische Mitarbeiter

Peter Bohnert

Richard Walther

Sekretariat

Gabriele Koschmann

Drittmittelprojekte

DFG-Projekt Ot 222/2-3

5/2005 - 4/2010 Ein Rasterelektronenmikroskop zur Detektion und

kohärenten Manipulation von ultrakalten

Quantengasen

SFB/TRR49 Teilprojekt A9

10/2009 – 6/2011 Ultracold Bose Gases in one Dimension

7/2011 – 6/2013 Ultracold Bose Gases with Variable Interactions

DAAD Projekt PPP-Programm

1/2010 – 12/2011 Exploring Coherent Patterns in Bose-Einstein

Condensates Affected by Dissipation

Graduiertenschule MAINZ

7/2007 – 6/2012 Materials Science in Mainz

GRK 792

bis 3/2010 Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik

118


EU Marie Curie Fellowships

3/2011 – 2/2013 DiBEC

3/2011 – 2/2013 LiBEC

Kooperationen

Prof. V. V. Konotop (Universidade de Lisboa, Portugal)

Dissertationen

Tatjana Gericke

8/2010

Diplomarbeiten

Fabian Etzold 3/2010

Matthias Scholl 2/2009

Arne Ewerbeck 6/2011

Torsten Manthey 8/2011

Thomas Niederprüm 11/2011

Staatsexamensarbeiten

Keine

Veröffentlichungen

V. Guarrera, P. Würtz, A. Ewerbeck, A. Vogler, G. Barontini, and H. Ott

"Observation of local temporal correlations in trapped quantum gases"

Phys. Rev. Lett. 107, 160403 (2011)

V. Guarrera and H. Ott

"Electron microscopy of ultracold gases"

Adv. Imag. Electron Phys. 169, 75 (2011)

119


A. Kogelbauer, P. Würtz, T. Gericke, and H. Ott

"A laser system for the excitation of Rubidium Rydberg states using second harmonic

generation in a PPLN waveguide crystal"

Appl. Phys. B 104, 557 (2011)

F. Markert, P. Würtz, A. Kogelbauer, T. Gericke, A. Vogler, and H. Ott

"AC-Stark shift and photoionization of Rydberg atoms in an optical dipole trap"

New J. Phys. 12, 113003 (2010)

P. Würtz , T. Gericke , A Vogler, and H. Ott

"Ultracold atoms as a target: absolute scattering cross-section measurement"

New J. Phys. 12, 065003 (2010)

P. Würtz, T. Gericke, A. Vogler, F. Etzold, and H. Ott

"Image formation in scanning electron microscopy of ultracold atoms"

Appl. Phys. B 98, 641 (2010)

Eingeladene Vorträge

Internationale Konferenzen

WE-Heraeus-School: “Frontiers in Matter-Wave Interferometry”, Bad Honnef, 2010

Workshop „Ultracold Quantum Gases Beyond Equilibrium”, Natal, Brasilien, 2010

Minerva-Workshop „Entanglement in atomic systems“, Weizmann-Institut, Israel, 2010

Workshop des SFB/TR21 „Control of quantum correlations in tailored matter: Common

perspectives of mesoscopic systems and quantum gases", Ulm, 2010

“Macroscopic Quantum Control Conference on Ultracold Atoms and Molecules”

(UCAM2011), Tokyo, Japan, 2011

Bose-Einstein Condensation 2011: Frontiers in Quantum gases, San Feliu, 2011

Kolloquien und Seminare

ICOQUS-colloquium “Microscopic dissipative defects in ultracold quantum gases”, Wien

2010

Theorieseminar “Electron Microscopy of Ultracold Quantum Gases”, Frankfurt, 2010

Physikalisches Kolloquium, Bielefeld, 2011

120


Seminar MPI Heidelberg, 2011

Seminar Aarhus, Dänemark, 2011

Seminar Genf, Schweiz, 2011

Sonstige Konferenzbeiträge der Gruppenmitglieder

7 Kurzvorträge bei Frühjahrstagung 2010, 2011

3 Vorträge bei Greenhornmeeting 2010, 2011

2 Vorträge bei YAO, 2008

1 Vortrag auf DAMOP, 2011

10 Posterbeiträge bei verschiedenen Konferenzen

121


AG Ultrakurzzeitdynamik laserangeregter Festkörper

Angewandte Theoretische Physik

Dr. Bärbel Rethfeld

Forschungsgebiete

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit grundlegenden Fragen, die bei der Laser- oder

auch Ionenstrahlanregung von Festkörpern auf Zeitskalen vom Femto- bis in den

Nanosekundenbereich eine wesentliche Rolle spielen. Diese Fragen sind zum einen

durch konkrete technische oder medizinische Anwendungen motiviert, wie

beispielsweise Nanostrukturierung von Oberflächen mit ultrakurzen Laserpulsen oder

Tumortherapie mittels Ionenstrahlen. Zum anderen ist es von grundlegendem Interesse,

ob Modelle und Gleichungen, die für kleine Störungen vom thermodynamischen

Gleichgewicht entwickelt wurden auch im Ultrakurzzeitbereich unter transienten, stark

gestörten Situationen anwendbar sind.

Ziel der Forschung ist ein Verständnis der Nichtgleichgewichtsdynamik der angeregten

Elektronen im Material, der Dissipation der eingebrachten Energie und der dadurch

induzierten strukturellen Dynamik des Festkörpers.

Die verschiedenen konkreten Fragestellungen unserer Arbeiten sind zur Zeit:

� Untersuchung der Elektronendynamik in laserangeregten Metallen.

Einfluss von Nichtgleichgewichtsverteilungen auf makroskopische Beschreibungen

der Elektronenemission und Wärmeleitung

� Modellbildung der Anregung von Dielektrika und Halbleitern mit hochintensiven

ultrakurzen Laserpulsen.

� Einfluss von Ionisations- und Rekombinationsprozessen im Material, mikroskopische

Beschreibung des dielektrischen Durchbruchs, Pulsform-Effekte

� Einfluss phononischen Nichtgleichgewichts auf die Energiedissipation nach

Laseranregung

� Beschreibung der Anregung von Materie mit VUV und XUV Laserstrahlung

� Ultraschnelle Magnetisierungsdynamik in Ferromagneten; Einfluss des thermischen

Nichtgleichgewichts im Elektronengas

� Energiedissipation und Materialmodifikationen nach Anregung mit schnellen Ionen

� Atomistische Modellierung angeregter Festkörper, Simulation laserangeregter Nanostrukturen.

Das Ziel der Arbeiten ist ein Verständnis des Zusammenspiels der verschiedenen

Prozesse bei der Wechselwirkung von Festkörpern mit hochintensiven Laserpulsen von

der anfänglichen Anregung bis zu eventuell lange nach Ende der Bestrahlung

erfolgenden strukturellen Änderungen in Abhängigkeit von Laserparametern und

Materialeigenschaften.

An dieser Schnittstelle zwischen Grundlagenphysik und technischer Anwendung gilt es

insbesondere, universelle Verhaltensweisen aufzuzeigen und den Einfluss von

Besonderheiten bestimmter Materialien zu isolieren. Es stehen qualitative Aussagen im

Vordergrund, die ein Verständnis des grundsätzlichen Einflusses bestimmter Merkmale

122


des Festkörpers oder der anregenden Strahlung auf das Materialverhalten ermöglichen.

Dabei werden eine Vielzahl grundlegend verschiedener physikalische Modelle und

Methoden eingesetzt.

Die Arbeitsgruppe ist eine aus dem Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft

geförderte Nachwuchsgruppe.

Ein Vorhaben wird vom BMBF im Rahmen des BMBF FSP 301 FLASH unterstützt, ein

weiteres im Rahmen des überbrückenden Doktorandenprogrammes von Optimas,

gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Dr. rer. nat. Bärbel Rethfeld Gruppenleiterin,

Emmy Noether-Stipendiatin

DFG (seit 05/2007)

Postdoktoranden

Dr. rer. nat. Dmitry S. Ivanov DFG (07/2007 bis 09/2010)

Doktoranden

Dipl.-Phys. Nikita Medvedev BMBF (09/2007 bis 03/2011)

Dipl.-Phys. Orkhan Osmani Optimas (01/2008

bis 12/2011)

Dipl.-Phys. Vladimir Lipp DFG (08/2009 bis 09/2010)

Dipl.-Phys. David Autrique DFG (seit 02/2011)

Dipl.-Phys. Oliver Brenk DFG (seit 06/2010)

Dipl.-Phys. Klaus Huthmacher Carl-Zeiss Stiftung (seit 06/2010)

Dipl.-Phys. Isabel Klett DFG (seit 10/2011)

Dipl.-Phys. Benedikt Müller Landesmittel/PBK (seit 07/2010)

Diplomanden

Oliver Brenk (von 04/2009 bis Abschluss 03/2010)

Benedikt Müller (von 08/2009 bis Abschluss 05/2010)

Nils Brouwer (seit 03/2011)

Isabel Klett (von 10/2010 bis Abschluss 09/2011)

Studentische Hilfskräfte

Jan-Martin Rämer DFG (von 09/2007 bis 04/2011)

Anika Scholtes DFG (von 05/2009 bis 07/2010)

Klaus Huthmacher Optimas (seit 05/2011)

123


Sekretariat

Anna Mihanovic

Drittmittelprojekte

DFG Emmy Noether-Programm

Re 1141/11-1 (seit 05/2007)

Ultrakurzzeitphysik laserangeregter Festkörper: zeitaufgelöste Beschreibung nach

ultraschneller Anregung

BMBF Verbundprojekt

FSP 301 FLASH (bis 06/2010)

Wechselwirkung intensiver XUV-Impulse mit kondensierter Materie - Innovative

Instrumentierung

BMBF Verbundprojekt

FSP 301 FLASH (ab 07/2011)

FLASH: Materie im Licht ultrakurzer und extrem intensiver Röntgenpulse

Carl Zeiss Stiftung

Überbrückendes Doktorandenprogramm für Optimas (seit 2009)

Modelling of laser matter interaction: response of the electronic and atomic subsystems

to ultra short UV radiation

gemeinsames Projekt mit AG Urbassek

Kooperationen

Während des Berichtzeitraums bestanden Kooperationen mit folgenden auswärtigen

Wissenschaftlern:

Prof. Dr. S.I. Anisimov (Landau Institut für Theoretische Physik, Moskau, Russland)

Dr. N.A. Inogamov (Landau Institut für Theoretische Physik, Moskau, Russland)

Prof. Dr. L.V. Zhigilei (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA)

Dr. Z. Lin (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA)

Dr. D.O. Gericke (University of Warwick, Großbritannien)

Prof. Dr. M. Roth (Technische Universität Darmstadt, Deutschland)

Dr. K. Sokolowski-Tinten (Universität Duisburg-Essen, Deutschland)

Prof. Dr. M. Schleberger (Universität Duisburg-Essen, Deutschland)

Prof. Dr. B.N. Chichkov (Laserzentrum Hannover, Deutschland)

Prof. Dr. R. Poprawe (RWTH Aachen, Deutschland)

Dr. A. Volkov (Kurchatov Institut, Moskau, Russland)

Dr. U. Zastrau (Friedrich Schiller-Universität Jena, Deutschland)

124


Doktorarbeiten

Dr. Nikita Medvedev 03/2011

Excitation and relaxation of the electronic subsystem in solids after high energy

deposition

Dr. Orkhan Osmani 12/2011

Irradiation effects of swift heavy ions in matter

Diplomarbeiten

Dipl. Phys. Oliver Brenk 03/2010

Modelling the transient free electron density in a dielectric during laser irradiation

Dipl. Phys. Benedikt Müller 05/2010

Beschreibung der ultraschnellen Spindynamik in laserangeregten Elektronensystemen

Dipl. Phys. Isabell Klett 09/2011

Elektronische Thermalisierung und Elektron-Phonon-Kopplung in laserangeregten

Metallen

Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1.) D.S. Ivanov, Z. Lin, B. Rethfeld, G.M. O'Connor, T.J. Glynn, and L.V. Zhigilei

Nanocrystalline structure of nanobump generated by localized photoexcitation of

metal film

Journal of Applied Physics 107, 013519 (2010)

2.) O. Osmani, H. Lebius, B. Rethfeld and M. Schleberger

Energy dissipation in insulators induced by swift heavy ions: A parameter study

Laser Part. Beams 28, 229 (2010)

3.) Marko Karlusić, Sevilay Akcöltekin, Orkhan Osmani, Isabelle Monnet, Henning

Lebius,

Milko Jakšić and Marika Schleberger

Energy threshold for nanodot creation on SrTiO3 by swift heavy ions

New Journal of Physics 12, 043009 (2010)

4.) N. Medvedev and B. Rethfeld

Comprehensive model of ultrashort visible light irradiation of semiconductors

J. Appl. Phys. 108, 103112 (2010)

5.) N. Medvedev and B. Rethfeld

Transient dynamics of the electronic subsystem of semiconductors irradiated with

an ultrashort VUV laser pulse

New Journal of Physics 12, 073037 (2010)

125


6.) N. Medvedev, A.E. Volkov, N.S. Shcheblanov and B. Rethfeld

Early stage of the electron kinetics in swift heavy ion tracks in dielectrics

Phys. Rev. B 82, 125425 (2010)

7.) N. Medvedev, O. Osmani, B. Rethfeld and M. Schleberger

Track creation after swift heavy ion irradiation of insulators

Nuclear Instruments and Methods B 268, 3160 (2010)

8.) B. Rethfeld, O. Brenk, N. Medvedev, H. Krutsch and D.H.H. Hoffmann

Interaction of dielectrics with femtosecond laser pulses: application of kinetic

approach and multiple rate equation

Appl. Phys. A 101, 19 (2010)

9.) O. Osmani, N. Medvedev, M. Schleberger and B. Rethfeld

Temporally resolved track creation in insulators after impact of swift heavy ions

e-J. Surf. Sci. Nanotech. 8, 278 (2010)

10.) N.A. Medvedev, A.E. Volkov, B. Rethfeld and N.S. Shcheblanov

Effect of inter-atomic Auger processes on relaxation of electronic vacancies at

deep levels of highly ionized atoms in swift heavy ion tracks

Nuclear Instruments and Methods B 268, 2870 (2010)

11.) V.P. Lipp, A. E. Volkov, M. V. Sorokin and B. Rethfeld

Kinetics and propagation of the lattice excitation in a swift heavy ion track

Nuclear Instruments and Methods B 269 865 (2011)

12.) Orkhan Osmani and Peter Sigmund

Charge-state evolution of swift-heavy-ion beams explored by matrix method

Nuclear Instruments and Methods B 269, 813 (2011)

13.) P. Sigmund, O. Osmani and A. Schinner

Charge-exchange straggling in equilibrium

Nuclear Instruments and Methods B 269, 804 (2011)

14.) O. Osmani, N. Medvedev, M. Schleberger, B. Rethfeld

Energy dissipation in dielectrics after swift heavy ion impact: a hybrid model

Phys. Rev. B 84, 214105 (2011)

15.) N. Medvedev, U. Zastrau, E. Föster, D.O. Gericke, B. Rethfeld

Short-time electron dynamics in aluminium excited by femtosecond extreme

ultraviolet radiation

Phys. Rev. Lett. 107, 165003 (2011)

16.) S. Akcöltekin, H. Bukowska, Th. Peters, O. Osmani, I. Monnet, I. Alzaher, B.

Band'Etat, H. Lebius, M. Schleberger

Unzipping and folding of graphene by swift heavy ions

Appl. Phys. Lett. 98 103103 (2011)

17.) B. Y. Müller, T. Roth, M. Cinchetti, M. Aeschlimann and B. Rethfeld

Driving Force of Ultrafast Magnetization Dynamics

New Journal of Physics 13, 123010 (2011)

126


Publizierte Konferenzbeiträge

3.) O. Osmani, N. Medvedev, M. Schleberger and B. Rethfeld

Excitation and relaxation of swift heavy ion irradiated dielectrics

e-J. Surf. Sci. Nanotech. 8, 31 (2010)

4.) N. Medvedev and B. Rethfeld

Dynamics of Electronic Excitation of Solids with Ultrashort Laser Pulse

AIP Conf. Proc. 1278, 250 (2010)

5.) O. Brenk and B. Rethfeld

Electron dynamics in transparent materials under high-intensity laser

irradiation

Proc. SPIE 8190, 81901W (2011)

6.) N. Medvedev and B. Rethfeld

Electron kinetics in semiconductors and metals irradiated with VUV-XUV

femtosecond laser pulses Proc. SPIE 8077, 80770Q (2011)

7.) K. Huthmacher, N. Medvedev and B. Rethfeld

Dynamics of electrons in liquid water excited with an ultrashort VUV laser

pulse

Proc. SPIE 8077, 807716 (2011)

Sonstige Veröffentlichungen

5.) N. Medvedev, O. Osmani, M. Schleberger, and B. Rethfeld

Combination of Monte-Carlo simulation and Two Temperature Model for

Track creation in swift heavy ion irradiated dielectrics

GSI Annual Report of the High Energy Density Physics 2009 (2010)

6.) O. Brenk, N. Medvedev, and B. Rethfeld,

Modelling laser-induced dielectric breakdown with the multiple rate

equation

GSI Annual Report of the High Energy Density Physics 2009 (2010)

7.) O. Brenk and B. Rethfeld

Dielectric breakdown initiated by ultrashort laser pulses Application of the multiple rate

equation

GSI Annual Report of the High Energy Density Physics 2010 (2011)

8.) Klett, B. Y. Müller, B. Rethfeld

Electron thermalization in metals after irradiation with a femtosecond laser

pulse

GSI Annual Report of the High Energy Density Physics 2010 (2011)

Konferenzen, Kolloquien und Seminare

Eingeladene Vorträge

Bärbel Rethfeld

127


1.) Interaction of ultrashort VUV laser pulses with semiconductors

Fundamentals of Laser-Assisted Micro- & Nanotechnologies (FLAMN-10), St. Petersburg,

Russland, 07/2010.

2.) Kolloquium für Physik, Universität Linz, Österreich, 21. Oktober 2010.

3.) Seminar bei Lumera Laser, Kaiserslautern, 9. November 2010.

4.) Seminar am Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT, Aachen, 1. März 2011.

5.) Electron hole plasma in solids induced by ultrashortXUVlaser pulse

5 th International Conference on the Frontiers of Plasma Physics and Technology,

Singapore, Singapore, 04/2011.

6.) Electron dynamics in transparent materials under high-intensity laser irradiation

Laser Damage 2011, Boulder, Colorado, USA, 09/2011.

Nikita Medvedev

1.) Ultrafast electron kinetics in semiconductors and metals irradiated with VUV-XUV

femtosecond laser pulse

XFEL-group, DESY, Hamburg, Deutschland. 10/2010.

2.) Combined Monte-Carlo – Two Temperature Model simulations of swift heavy ion

track creation

University of Helsinki, Finnland. 11/2010.

3.) Electron kinetics in semiconductors and metals irradiated with VUV-XUV

femtosecond laser pulses

SPIE Europe's Optics and Optoelectronics Congress, Prague, Czech Republic.

04/2011.

Orkhan Osmani

1.) Ultrafast excitation and relaxation processes in swift heavy ion irradiated

insulators

IISC-18, 18th International Workshop on Inelastic Ion-Surface Collisions,

Gatlinburg, Tennessee, USA. 10/2010.

2.) Symposium on Particle Penetration and Radiation Effects

Odense, Daenemark. 11/2010

3.) Seminar/Vortrag an der Universität Kassel

Kassel, Deutschland. 01/2011

4.) Seminar/Vortrag an der Centro de Fisica de Materiales CFM,

San Sebastian, Spanien. 06/2011

Sonstige Konferenzbeiträge

128


1 Beitrag: SNI-2010 "Synchrotron, Neutron and Ion Irradiation",

Berlin, Deutschland. 02/2010

2 Beiträge: 30th International Workshop on Physics of High Energy Density in Matter,

Hirschegg, Österreich 02/2010

7 Beiträge: DPG Frühjahrstagung, Regensburg, 03/2010

2 Beiträge High Power Laser Ablation conference, Santa Fe, New Mexico, USA.

04/2010

1 Beitrag: SFB-616 Collaborators Workshop, Papenburg, Deutschland, 17.-19. Mai

2010

2 Beiträge: ICACS 24, the 24th International Conference on Atomic Collisions in Solids

Krakau, Polen, 18.-23. Juli 2010

1 Beitrag: Internationaler SFB-616 Workshop, Kloster Schoental, Deutschland,

5.-8. September 2010

1 Beitrag: IBMM-17, 17th International Conference on Ion Beam Modification of

Materials, Montreal, Kanada. 09/2010

2 Beiträge: 31st International Workshop on Physics of High Energy Density in Matter,

Hirschegg, Austria. 01/2011

8 Beiträge: DPG Frühjahrstagung, Dresden, 03/2011

2 Beiträge: DPG Frühjahrstagung, Plasma Physics Division, Kiel, Deutschland,

03/2011

2 Beiträge: SPIE Optics and Optoelectronics 2011, Prag, Tschechischen Republik,

18.-21.April 2011

1 Beitrag: EMRS Spring Meeting, Symposium B: Ion beam synthesis and modification

of nanostructured materials and surfaces, Strasbourg, Frankreich 11.-

13. Mai 2011

1 Beitrag: Fourth EMMI workshop on Plasma Physics with Intense Heavy Ion and

Laser Beams, Darmstadt, Deutschland, 05/2011

7 Beiträge: SFB616 Workshop, Waldbreitbach, Deutschland, 25.-29. Juli 2011

2 Beiträge: SPIE Laser Damage, Boulder (CO), USA, 18.-21. September 2011

1 Beitrag: International Conference on Correlation Effects in Radiation Fields 2011

(CERF11), Rostock, Deutschland, 09/2011

1 Beitrag: Magnetism and Magnetic Materials (MMM), Scottsdale (AZ), USA,

30.10-03.11.2011

1 Beitrag: Physikerinnentagung, Saarbrücken, Deutschland,11/2011

129


AG Theoretische Halbleiter-Physik und Quantenelektronik

Theoretische Physik

Prof. Dr. Hans Christian Schneider

Forschungsgebiete

Die AG Theoretische Halbleiter-Physik und Quantenelektronik beschäftigt sich generell

mit der Vielteilchen-Theorie wechselwirkender Elektronen und der Konsequenzen einer

mikroskopischen Beschreibung dieser Wechselwirkungen für die optischen und

elektronischen Eigenschaften von Festkörpern und Nanostrukturen. Von besonderem

Interesse waren und sind die spin-abhängige Dynamik von Ladungsträgern in Halbleitern

und (ferromagnetischen) Metallen sowie die optischen und elektronischen Eigenschaften

von Metall-Clustern.

Einen Schwerpunkt der Forschung bildet die theoretische Beschreibung der

Ladungsträgerdynamik nach Anregung mit ultraschnellen Pulsen in Halbleitern,

Ferromagneten und Halbmetallen. Ein Modell, in dem spin-abhängige Wechselwirkung

von Ladungsträgern auf dem Niveau von impulsaufgelösten Boltzmannschen

Streuintegralen beschrieben wird, ist in der Vergangenheit von uns für verschiedene

Probleme in Volumenhalbleitern und Ferromagneten numerisch ausgewertet worden. In

den letzten beiden Jahren wurde dieses Modell zum einen auf die

Ladungsträgerdynamik in Halbmetallen angewendet und mit Messungen an diesen

Materialien verglichen, die in der AG Aeschlimann durchgeführt wurden. Dabei lieferte

das Modell eine Erklärung für das überraschende Demagnetisierungsverhalten durch

Lochstreuprozesse. Zum anderen wurde dieses Modell für Spinflip-Prozesse, die durch

die Elektron-Phonon-Wechselwirkung vermittelt werden, wesentlich dadurch verbessert,

dass sämtliche in die dynamische Rechnung eingehenden Matrixelement (Dipol- und

Elektron-Phononmatrixelemente) mit Hilfe von ab-initio-Rechnungen bestimmt wurden.

Dadurch wurden Parameter eliminiert, die vorher nur mit Hilfe von Experimenten

festgelegt werden konnten. Mit Hilfe der parameterfreien, ab-initio-basierten Rechnung

konnte gezeigt werden, dass die Spinflip-Streuung mit Phononen alleine bei weitem

nicht ausreicht, um die starke ultraschnelle Demagnetisierung in Ferromagneten zu

erklären. Es muss daher eine Änderung der magnetischen „Struktur“, z.B. der

Austauschaufspaltung, stattfinden, die in Zukunft in mikroskopischen Modellen mit

berücksichtigt werden muss. Unsere Resultate zeigen auch, dass die Verbindung des

phänomenologischen „Standardmodells“ der Demagnetisierung, des 3-Temperatur-

Modells, zu ab-initio Rechnungen nicht so hergestellt werden kann, wie dies gemeinhin

angenommen wurde.

Weiterhin wurde die Ausbreitung von spinpolarisierten Strömen in Ferromagnet-Metall-

Strukturen untersucht. Erstmalig wurde dabei in der AG Hillebrands mit Hilfe der

Brillouin-Lichtstreuspektroskopie die „magnetische“ Dynamik in einem

nichtmagnetischen Metall (Kupfer) gemessen, wie sie aus einer benachbarten Permalloy-

Schicht angebtrieben wurde. Um die experimentellen Ergebnisse zu verstehen, wurde

von uns die nichtkollineare Spinpolarisation, die in das Metall „gepumpt“ wird, mit Hilfe

130


eines verbesserten Spindiffusions-Modells berechnet. Der Vergleich von Rechnung und

Messung erlaubte es, Rückschlüsse auf die Spinrelaxationszeiten zu ziehen und

insbesondere nachzuweisen, dass die transversale Relaxationszeit wesentlich kleiner ist

als die longitudinale.

Neben der elektronischen Nichtgleichgewichtsdynamik und dem Spintransport in

Metallen wurden auch die optischen Eigenschaften von Natrium-Clustern untersucht.

Dazu wurde ein von uns entwickelter Zugang zur Berechnung der elektronischen

Quasiteilchen-Eigenschaften im Rahmen der GW-Näherung ausgebaut. Wir konnten

insbesondere zeigen, dass bei unserer Methode zur Berechnung des

Absorptionsquerschnitts wichtige Erhaltungsgrößen automatisch erfüllt und gute

Resultate für bekannte Clusterkonfigurationen erzielt werden. Umgekehrt erlaubt der

Vergleich von elektronischen Strukturrechnungen und optischen Absorptionsmessungen

Rückschlüsse auf die geometrische Konfiguration von Clustern.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Doktoranden

Dipl.-Phys. Michael Krauß (bis August 2010) GRK

Dipl.-Phys. Tobias Hartenstein Land

Dipl.-Phys. Steffen Kaltenborn (seit 1.4.2011) Land

Samaneh Javanbakht, M. Sc. (seit November 2010) Carl-Zeiss

Dipl.-Phys. Alexander Baral (seit Juni 2010) Optimas

Diplomanden

Svenja Vollmar (seit März 2011)

Sven Essert (bis Januar 2011)

Przemyslaw Lewandowski (bis März 2011)

Steffen Kaltenborn (bis Februar 2011)

Sekretariat

Frau M. Frey

Gäste

Drittmittelprojekte

131


DFG-Graduiertenkolleg 792 „Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik“ (1

Doktoranden-Stipendium bis August 2010)

OPTIMAS-Carl Zeiss Programm (S. Javanbakht)

Kooperationen (während des Berichtszeitraumes):

Prof. Dr. Burkard Hillebrands, TU Kaiserslautern

Prof. Dr. Martin Aeschlimann, TU Kaiserslautern

Prof. Dr. Wolfgang Hübner, TU Kaiserslautern

Dr. Yaroslav Pavlyukh, Martin-Luther-Universität Halle

Dissertationen

Stephan Michael, Theory of Semiconductor Quantum-Dot Systems: Applications to slow

light and laser gain materials (August 2010)

Michael Krauß, Theoretische Modelle der spinabhängigen Ladungsträgerdynamik in

Metallen und Halbleitern (Juli 2010)

Diplomarbeiten

Steffen Kaltenborn, Theory of Spin and Charge Transport and its Application to

Nanostructures (Februar 2011)

Sven Essert, Mikroskopische Elektron-Phonon-Streuung in ferromagnetischen

Übergangsmetallen und ihre Bedeutung für ultraschnelle

Demagnetisierungsprozesse (Januar 2011)

Przemyslaw Lewandowski, Theoretische Untersuchungen zum Einfluss der Spin-Bahn-

Wechselwirkung auf Spin-Korrelationen in Halbleiter-Quantenfilmen (März 2011)

Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. M. Krauß, H. C. Schneider, R. Bratschitsch, Z. Chen, and S. T. Cundiff, Ultrafast

spin dynamics in optically excited bulk GaAs at low temperatures, Physical

Review B 81, 035213 (2010).

2. Daniel Steil, Sabine Alebrand, Tobias Roth, Michael Krauß, Takahide Kubota,

132


Mikihiko Oogane, Yasuo Ando, Hans Christian Schneider, Martin Aeschlimann,

and Mirko Cinchetti, Band-structure dependent demagnetization in the Heusler

alloy Co 2Mn 1-xFe xSi, Physical Review Letters 105, 217201 (2010).

3. G. Pal, G. Lefkidis, H. C. Schneider, and W. Hübner, Optical response of small

closed-shell sodium clusters, Journal of Chemical Physics 133, 154309 (2010).

4. H. C. Schneider and M. Krauß, Electronic dynamics due to exchange interaction

with holes in GaAs, Proc. SPIE 7600, 76001D (2010).

5. F. Fohr, S. Kaltenborn, J. Hamrle, H. Schultheiß, A. A. Serga, H. C. Schneider, B.

Hillebrands, Y. Fukuma, L. Wang, Y. Otani, Optical detection of spin transport in

nonmagnetic metals, Physical Review Letter 106, 226601 (2011).

6. G. Pal, Y. Pavlyukh, W. Hübner, and H. C. Schneider, Optical absorption spectra of

finite systems from a conserving Bethe-Salpeter equation approach, European

Physical Journal B 79, 327 (2011)

7. S. Essert and H. C. Schneider, Electron-phonon scattering dynamics in

ferromagnetic metals and their influence on ultrafast demagnetization processes,

Physical Review B 84, 224405 (2011).

Buchbeiträge

keine

Konferenzen, Kolloquien und Seminare

Eingeladene Vorträge

1. H. C. Schneider: Carrier-spin dynamics in bulk GaAs, SPIE-Photonics West, 25.-

29.1.2010, San Francisco, CA (USA)

2. H. C. Schneider: Spin-dependent carrier dynamics in semiconductors,

ferromagnets, and half metals, Workshop „Spintronics Days at UPV/EHU“, 26.-

29.7.2010, Universität des Baskenlandes (UPV), Bilbao (Spanien)

3. H. C. Schneider, Dynamics of spin-dependent scattering mechanisms and spin

correlations, 2nd Advanced Workshop on Spin and Charge Properties of Low

Dimensional Systems, 18.-23.7.2011, Brasov (Rumänien)

Sonstige Konferenzbeiträge

1. Gordon Conference on Ultrafast Dynamics in Cooperative Systems, 28. Februar-5.

März 2010, Galveston, TX (USA), Poster

2. Passion for Electrons, 27. September-1. Oktober 2010, Donostia International

Physics Center, San Sebastian (Spanien), Vortrag

3. Workshop on Ultrafast Dynamics in Strongly Correlated Systems, 4.-6. April

133


2011, ETH Zürich, Vortrag

4. 56th Conference on Magnetism and Magnetic Materials, 30.10.-3.11.2011,

Scottsdale, AZ (USA), Vortrag

Kolloquien, Seminare

1. H. C. Schneider: Spinabhängige Dynamik in Halbleitern, Ferromagneten und

Halbmetallen, Physikalisches Kolloquium, TU Berlin, 16. Dezember 2010

2. H. C. Schneider: Spin-dependent carrier dynamics in semiconductors and

ferromagnets, Seminar des SFB 689, Universität Regensburg, 28. Juli 2010

3. H. C. Schneider: Spinrelaxationsdynamik in Halbleitern und Ferromagneten,

Physikalisches Kolloquium, Universität Marburg, 12. Dezember 2011

4. H. C. Schneider: Ultrafast Spin Dynamics in Solids: Femtomagnetism and

Spintronics, Physikalisches Kolloquium, California State University, Fullerton, CA

(USA), 28. Oktober 2011

134


AG Biophysik und Medizinische Physik

Experimentalphysik

Prof. Dr. Volker Schünemann

Forschungsgebiete

Die Arbeitsgruppe Biophysik arbeitet auf dem Gebiet der Charakterisierung von Eisen in

der Natur (molekulare Biophysik und Komplexchemie ) mit Hilfe von konventioneller und

Synchrotron-gestützter Mössbauer-Spektroskopie:

� Identifizierung von ein- und mehrkernigen Eisenzentren und Eisenphasen in

Proteinen und deren Rolle für die Proteinfunktion (Transport, Identifizierung von

enzymatischen Intermediaten, Elektronentransfer, Spin-Kopplung).

� Molekulare Schalter (Mehrkernige Eisen(II)-Spin-Crossover Komplexe).

� Herstellung und Charakterisierung von Eisenhaltigen-Nanopartikeln zur

Biofunktionalisierung (in Kooperation mit Prof. R. Ulber, Bioverfahrenstechnik, und

Prof. W. Thiel, FB Chemie, TU Kaiserslautern im Rahmen des

Forschungsschwerpunkts Nanokat).

� Weiterentwicklung der Mössbauer-Spektroskopie mit Synchrotronstrahlung am ESRF,

Grenoble, und seit 2011 bei PETRA III, DESY, Hamburg.

Es bestehen Kooperationen auf nationaler und internationaler Ebene, z.B. bezüglich der

� Charakterisierung von Reaktionsintermediaten von Cytochrom P450 und NO-

Synthasen (in Zusammenarbeit mit Dr. C. Jung, KKS Ultraschall, Schweiz.

� Untersuchung von Proteinen für den NO-Transport (Nitrophorinen mit Prof. F. A.

Walker, University of Arizona, Tucson, U.S.A.).

� Identifizierung von Eisen-Schwefel-Zentren im LytB/IspH-Protein (.Dr. M. Seemann,

Prof. M. Rohmer (Université Strasbourg)

� Quantenchemische Dichtefunktionalrechnungen an Eisen(II)-Spin-Crossover

Komplexen und Eisenproteinen (PD Dr. H. Paulsen, Universität zu Lübeck).

Die Vorhaben wurden im Berichtszeitraum zum großen Teil durch die Deutsche

Forschungs-gemeinschaft, insbesondere durch den TRR-SFB-88 3MET, durch das BMBF

und den Schwerpunkt Nanokat unterstützt.

Die Arbeitsgruppe Medizinische Physik hat sich auf den Einsatz von Laserstrahlung in

der Medizin mit dem Schwerpunkt Laser-Licht-Gewebe-Wechselwirkung und

Photodynamische Therapie (PDT) spezialisiert. Im Berichtszeitraum wurden folgende

Projekte bearbeitet:

� Entwicklung eines Bestrahlungsaufbaus für die Photodynamische Therapie zur

Behandlung von mikrobiell induzierter Keratitis (Kooperation mit AG Cullum, FB

Biologie, TU Kaiserslautern, ferner mit folgenden Arbeitsgruppen an den

135


Universitätskliniken des Saarlandes: Mikrobiologie, Experimentelle Ophthalmologie

und Augen- und Polyklinik sowie der Firma ApoCare, Bielefeld)

� Grundlagen zum Einsatz PDT zur Behandlung von peripheren Lungenkarzinome

(Kooperation mit AGs Prof. Link, Westpfalz-Klinikum Kaiserslautern und Prof. Lilge,

Biophysics, University of Toronto, Canada)

� Inaktivierung von Bakterien bei Zahnwurzelbehandlung (Kooperation mit Dr. Kishen,

School of Dentistry, University of Toronto

� Neue Norm zur Laserresistenz des Cuffs von Endotrachealtuben

Diese Projekte wurden durch die Bundesministerium für Wirtschaft, Zentrales

Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) und die Industrie gefördert.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Dr. rer. nat. Hans-Jochen Foth Akad. Direktor

Dr. rer. nat. Juliusz Wolny BMBF

Doktoranden

Dipl.-Biophys. Ramona Christmann Land Rheinland-Pfalz (seit 2007)

Dipl.-Biophys. Sergej Rackwitz BMBF (seit 2010)

Dipl.-Biophys. Anne Reinhard SFB „3 MET“ (seit 2007)

Dipl.-Chem. Heming Huang DFG (seit 2010)

Dipl.-Biophys. Clarissa Gillmann DKFZ Heidelberg (seit 2011)

Dipl.-Biophys. Thomas Bauer SFB „3MET“ (seit 2011)

Diplomanden

Sascha Bräuninger (seit 01/11)

Isabelle Faus (seit 02/11)

Technische Mitarbeiter

Oliver Hahn

Sekretariat

Heike Buchinger

Drittmittelprojekte

DFG-Normalverfahren (zusammen mit Prof. T. Kietzmann, FB Chemie, TU KL, bis 08/2010)

136


DFG SCHU 1251/11-1 Hochvalente Eisenzustände und

Proteinradikale in Cytochrom P450 und NO-

Synthase

DFG-Normalverfahren (zusammen mit Prof. Dr. Grünert, Universität Bochum, Dr.

Brückner, Universität Rostock)

SCHU 1251/15-1 Eisenspezies auf zeolithischen Trägern: neue

Wege zur strukturellen Charakterisierung und

zur Klärung ihrer Rolle in den Mechanismen

von Reaktionen mit Stickstoffen

DFG-Teilvorhaben im SFB/Transregio 88 3MET

Konventionelle und Synchrotron-basierte

Mössbauer-spektroskopie an mehrkernigen

Spincrossover-Komplexen

BMBF-Verbundprojekt (bis 06/2010) (Koordinator des Verbundes: Prof. V. Schünemann)

05KS7UK2 Entwicklung eines Messplatzes zur

Untersuchung von Oberflächen, Mikro- und

nanostrukturen mit kernresonanten

Streutechniken

BMBF-Verbundprojekt (Koordinator des Verbundes: Prof. V. Schünemann)

05K10UKA Entwicklung von Messplätzen zur

Charakterisierung von Nanostrukturen,

molekularen Schaltern, biologischen

Mikroproben und Materie unter extremen

Bedingungen mit kernresonanten

Streutechniken Teilprojekt 2

BMBF Uni-FH Forschungscluster: Magnetische Enzyme – MAGNENZ

0316057A Teilprojekt: Neuartige Fe/Au-Partikel durch

BSA- und DNA-Verkapselung

Landeshochschulprogramm “Wissen schafft Zukunft” (zusammen mit Prof. Dr. R. Ulber,

TU Kaiserslautern und Prof. Dr. P. Kampeis, FH Trier, Campus Birkenfeld

Anwendung von superparamagnetischen

Partikeln in der Analytik und

Bioverfahrenstechnik

Bundesministerium für Wirtschaft, Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Entwicklung eines Bestrahlungsaufbaus für

die Photodynamische Therapie zur

Behandlung von mikrobiell induzierter

Keratitis

Vorbereitende Maßnahmen für ein Projekt: „Quality of Harvested Produces in East

Africa”, ID 54545537, DAAD Okt.- Dez. 2011

137


Kooperationen

Während des Berichtszeitraums bestanden neben den oben aufgeführten

Zusammenarbeiten weitere Kooperationen mit:

Prof. Y. Garcia (Université Catholique de Louvain, Belgium)

Prof. K. K. Andersson (University of Oslo, Norway)

Prof. J. Haavik (University of Bergen, Norway)

Masterarbeiten (Fernstudium)

Michael Maass Januar 2010

Andres Brauers September 2010

Staatsexamensarbeiten

Florian Lehnen Januar 2011

Diplomarbeiten

Sergeij Rackwitz Februar 2010

Beate Moeser Juni 2010

Claudia Balluf Juli 2010

Clarissa Gillmann April 2010

Heming Huang Dezember 2010

Felix Kettenbaum Juli 2010

Jennifer Schmitz Mai 2011

Rocco Gewiß September 2011

Thomas Oliver Bauer Dezember 2011

Carole Simon Juni 2011

Dissertationen

Adam Janoschka Dezember 2010

Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. Vibrational properties oft he trinuclear spin crossover complex [Fe 3(4-(2 ’ hydroxyethyl)-1,2,4-triazole)

6-(H 2O) 6](CF 3SO 3) 6. a nuclear inelastic scattering, IR, Raman

and DFT study

J.A. Wolny, S. Rackwitz, K. Achterhold, Y. Garcia, K. Muffler, A.D. Naik, V. Schünemann

Phys. Chem. Chem. Phys. (2010), 12 (44) 14782-14788

138


2. Electronic Effects in the Catalytic Hydrosilylation with In-Situ Iron(II)-Catalysts

K. Muller, A. Schubert, T. Jozak, A. Ahrens-Botzong, V. Schünemann, W.R. Thiel

Chem. Cat. Chem., (2011) 3(5) 887-892

3. Synthesis and Characterization of a Series of Model Complexes of the Active Site

of [Fe]-Hydrogenase (Hmd)

D. Chen, A. Ahrens-Botzong, V. Schünemann, R. Scopelliti, X. Hu

Inorg. Chem. (2011) 5249-5257

4. Biosynthesis of isoprene units. Mössbauer spectroscopy proofs on substrate- and

inhibitor-binding to the [4Fe-4S] cluster of the LytB/IspH enzyme

A. Ahrens-Botzong, K. Janthawornpong, J.A. Wolny, E.N. Tambou, M. Rohmer, S.

Krasutsky, C.D. Poulter, V. Schünemann, M. Seemann

Angew. Chem. Int. Ed. (2011) 12182-12185

5. Interpretation of Nuclear Resonant Vibrational Spectra of Rubredoxin Using a

Combined Quantum Mechanics and Molecular Mechanics Approach

H. Paulsen, A. X. Trautwein, P. Wegner, C. Schmidt, A. I. Chumakov, V.

Schünemann

ChemPhysChem (2011) 12(17) 3434 -3441

6. A comparative study of the physicochemical properties of iron isomaltoside 1000

(Monofer (R)), a new intravenous iron preparation and its clinical implications

M.R. Jahn, H.B. Andreasen, S. Fuetterer, T. Nawroth, V. Schünemann, U. Kolb; W.

Hofmeister, M. Munoz, K. Bock, M. Meldal, P. Langguth

European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics (2011) 78(3) 480-491

7. Mössbauer spectroscopy of protein-passivated iron oxide nanoparticles

H. Huang, R. Christmann, R. Ulber, V. Schünemann

Hyperfine Interact., DOI 10.1007/s10751-011-0502-6 (2011) im Druck

8. Nuclear inelastic scattering of heme proteins: from iron ligand vibrations to low

energy protein modes

B. Moeser, A. Janoschka, J. A. Wolny, I. Filipov, A.I. Chumakov, F. A. Walker, V.

Schünemann

Hyperfine Interact., DOI 10.1007/s10751-011-0493-3 (2011) im Druck

9. Installation of an IR microscope at the nuclear resonance beamline ID18 of ESRF

S. Rackwitz, J. A. Wolny, K. Muffler, H.-J. Krüger, S. Reh, H. Kelm, A. I. Chumakov, V.

Schünemann

Hyperfine Interact., DOI 10.1007/s10751-011-0551-x (2011) im Druck

10. Nuclear inelastic scattering of 1D polymeric Fe(II) complexes of 1,2,4aminotriazole

in their high-spin and low-spin state

J.A. Wolny, S. Rackwitz, K. Achterhold, K. Muffler, V. Schünemann

Hyperfine Interact. DOI 10.1007/s10751-011-0446-x (2011) im Druck

139


Publizierte Konferenzbeiträge

1. Installation of an IR/Raman measuring station at the ESRF for simultaneous

detection of vibrational and nuclear resonant scattering spectra

K. Muffler, J.A. Wolny, H.P. Hersleth, K.K. Andersson, K. Achterhold, R. Rüffer, V.

Schünemann

Journal of Physics Conference Series; Proceedings of the INTERNATIONAL CONFERENCE

ON THE APPLICATIONS OF THE MÖSSBAUER EFFECT 2009, 19–24 July 2009,

Vienna, Austria, 2010 J. Phys.: Conf. Ser. 217 012004

2. Mössbauer spectroscopy, Raman- and IR- microscopy studies of hysteretic

behaviour in spincrossover systems

A. Ahrens-Botzong, K. Muffler, S.M. Stuppy, S. Rackwitz, R. Rüffer, V. Schünemann, J.A.

Wolny

Journal of Physics Conference Series; Proceedings of the INTERNATIONAL CONFERENCE

ON THE APPLICATIONS OF THE MÖSSBAUER EFFECT 2009, 19–24 July 2009,

Vienna, Austria, 2010 J. Phys.: Conf. Ser. 217 012033

3. Mössbauer spectroscopy on superparamagnetic nanoparticles used as catalyst

supports for the production of fine chemicals

S. Shylesh, J. Schweizer, R. Ulber, W. Thiel, V. Schünemann

Proceedings of the INTERNATIONAL CONFERENCE ON THE APPLICATIONS OF THE

MÖSSBAUER EFFECT 2009, 19–24 July 2009, Vienna, Austria, 2010 J. Phys.: Conf.

Ser. 217 012024

4. A closed cycle-cryostat for high-field Mössbauer spectroscopy

A Janoschka, G Svenconis, V Schünemann

Journal of Physics Conference Series; Proceedings of the INTERNATIONAL

CONFERENCE ON THE APPLICATIONS OF THE MÖSSBAUER EFFECT 2009, 19–24

July 2009, Vienna, Austria, 2010 J. Phys.: Conf. Ser. 217 012005

Übersichtsartikel

1. Magnetically Separable Nanocatalysts: Bridges between Homogeneous and

Heterogeneous Catalysis

S. Shylesh, V. Schünemann, W.R. Thiel Angewandte Chemie Int. Ed. (2010) 49(20)

3428-3459

2. Spectroscopic characterization of cytochrome P450 Compound I

C. Jung, S. de Vries, V. Schünemann

Archives of Biochemistry and Biophysics 507 (2011) 44–55

140


Sonstige Beiträge zu Konferenzen, Kolloquien und Seminaren

Eingeladene Vorträge

1. A. Janoschka, J. Wolny, S. Rackwitz, B. Moeser, S.M. Stuppy, K. Muffler, I.

Filipov, R.E. Berry, F.A. Walker, V. Schünemann Nuclear inelastic scattering: Iron

dynamics in proteins, model complexes and spin crossover compounds, 239 th

American Chemical Society National Meeting, March 21-25, 2010, Session

Chemical Application of Mössbauer Spectroscopy

2. J. Wolny, DFT calculations for spin crossover systems “Spin-Crossover-State of

the Art in 2010” and “8 th Spin Crossover Family Meeting” Bad Dürkheim, 29 th -

31 st March 2010.

3. V. Schünemann, Study of spin crossover phenomena with nuclear resonance

scattering of synchrotron radiation, “Spin-Crossover-State of the Art in 2010

and “8 th Spin Crossover Family Meeting” Bad Dürkheim, 29 th -31 st March 2010.

4. V. Schünemann, Nuclear inelastic scattering as a probe for iron dynamics in

proteins and molecular switches, Colloquium: Nuclear Resonant Scattering at

DESY – Past, Present, Future, Hamburg, July 2 nd 2010.

5. B. Moeser, A. Janoschka, J. Wolny, I. Filipov, R.E. Berry, F.A. Walker, V.

Schünemann, Synchrotron based nuclear inelastic- and nuclear forward

scattering as local probes for functional dynamics and electronic properties of

heme proteins, 241 st ACS National Meeting & Exposition, Anaheim, USA, March

27-31, 2011

6. V. Schünemann, B. Moeser, J. Wolny, I. Filipov, A.I. Chumakov, F.A. Walker,

Identification of low energy iron modes in nitrophorin by Nuclear Inelastic

Scattering and DFT-calculations, Seventh Seeheim Workshop on Mössbauer-

Spectroscopy, June 13-17, 2011, Frankfurt, Germany

Sonstige Vorträge

1. S. Rackwitz, J.A. Wolny, K. Muffler, H.J. Krüger, S. Reh, H. Kelm, A.I. Chumakov,

V. Schünemann, Installation Of An IR Microscope At The Nuclear Resonance

Beamline ID18 Of ESRF, 7th Seeheim Workshop on Mössbauer Spectroscopy,

June 13-17, 2011, Frankfurt (Main), Germany

2. J.A. Wolny, Quantification of intramolecular cooperativity in polynuclear Fe(II)

spin crossover systems and its influence on nuclear inelastic scattering data,

7th Seeheim Workshop on Mössbauer Spectroscopy, June 13-17, 2011,

Frankfurt (Main), Germany

141


3. A. Ahrens-Botzong, J. A. Wolny, K. Janthawornpong, M. Rohmer, M. Seemann, V.

Schünemann, Mössbauer Studies and DFT Calculations on Substrate-Bound

LytB Protein, 7th Seeheim Workshop on Mössbauer Spectroscopy, June 13-17,

2011, Frankfurt (Main), Germany

4. S. Rackwitz, J.A. Wolny, K. Muffler, H.J. Krüger, S. Reh, H. Kelm, A.I. Chumakov,

V. Schünemann, Installation of an IR microscope at the Nuclear Resonance

Beamline ID18 of ESRF, International Conference on the Applications of the

Mössbauer Effect (ICAME 2011), September 25-30, 2011, Kobe, Japan

5. J. A.Wolny, S. Rackwitz, K. Achterhold, K. Muffler, V. Schünemann, Nuclear

Inelastic Scattering of 1D Polymeric Fe(II) Complexes of 1,2,4-aminotriazole in

their High-Spin and Low-Spin State, International Conference on the

Applications of the Mössbauer Effect (ICAME 2011), September 25-30, 2011,

Kobe, Japan

6. B. Moeser, A. Janoschka, J. Wolny, I. Filipov, A.I. Chumakov, F.A. Walker, V.

Schünemann, Nuclear Inelastic Scattering of heme proteins: From iron ligand

vibrations to low energy protein modes, International Conference on the

Applications of the Mössbauer Effect (ICAME 2011), September 25-30, 2011,

Kobe, Japan

Posterbeiträge

1. A. Janoschka, J. Wolny, B. Moeser, I. Filipov, R.E. Berry, F.A. Walker, H.P.

Hersleth, K.K. Andersson, K. Achterhold, V. Schünemann, Nuclear inelastic

scattering of the NO-carrier protein nitrophorin and of high-valent iron(IV)

myoglobin single crystals, Gordon Conference Metals in Biology, 31. Januar-5.

Februar 2010, Ventura, Cal., USA

2. H.P. Hersleth, K.K. Andersson, K. Muffler, J. Wolny, K. Achterhold, R. Rüffer, V.

Schünemann, Inelastische Kernstreuung an Proteinkristallen, Deutsche

Tagung für Forschung mit Synchrotronstrahlung, Neutronen und Ionenstrahlen

an Großgeräten, 24.-26. Februar 2010, Freie Universität Berlin

3. S. Rackwitz, K. Achterhold, Y. Garcia, K. Muffler, D. Naik, R. Rüffer, V.

Schünemann, J.A. Wolny, Nuclear inelastic scattering and DFT calculations on

a trimeric spin crossover Fe(II) complex, Deutsche Tagung für Forschung mit

Synchrotronstrahlung, Neutronen und Ionenstrahlen an Großgeräten, 24.-26.

Februar 2010, Freie Universität Berlin

4. J.A. Wolny, K. Achterhold, K. Muffler, S. Rackwitz, R. Rüffer, V. Schünemann,

Nuclear inelastic scattering and DFT calculations on Polymeric spin crossover

Fe(II) complexes, Deutsche Tagung für Forschung mit Synchrotronstrahlung,

142


Neutronen und Ionenstrahlen an Großgeräten, 24.-26. Februar 2010, Freie

Universität Berlin

5. K. Muffler, J. Wolny, H.P. Hersleth, K.K. Andersson, K. Achterhold, R. Rüffer, V.

Schünemann, Messplatz zur simultanen Nutzung von

Schwingungsspektroskopie und resonanter Kernstreuung, Deutsche Tagung

für Forschung mit Synchrotronstrahlung, Neutronen und Ionenstrahlen an

Großgeräten, 24.-26. Februar 2010, Freie Universität Berlin

6. A. Janoschka, B. Moeser, J. Wolny, H. Paulsen, I. Filipov, A.I. Chumakov, F.A.

Walker, V. Schünemann Identification of Iron-Ligand Vibrations in the NOtransport

Protein Nitrophorin by Nuclear Inelastic Scattering and DFTcalculations,

Deutsche Tagung für Forschung mit Synchrotronstrahlung,

Neutronen und Ionenstrahlen an Großgeräten, 24.-26. Februar 2010, Freie

Universität Berlin

7. K. Muffler, J.A. Wolny, S. Rackwitz, R. Rüffer, R. Ulber, V. Schünemann

Messplatz zur simultanen Nutzung von IR-Spektroskopie und

Kernstreuungsmethoden für die Analytik, ProcessNet-Jahrestagung Aachen,

2010

8. A. Ahrens-Botzong, K. Janthawornpong, M. Rohmer, M. Seemann, V.

Schünemann, [4Fe-4S] 2+ Center with unusual Coordination Sphere in the LytB

Protein, Annual Meeting of the German Biophysical Society, Bochum, 03.-

06.10.2010

9. R. Christmann, C. Balluff, F. Hannemann, C. Jung, V. Schünemann,

Intermediates in the reaction of substrate-free cytochrome P450cam with

peroxy acetic acid and meta-chloroperbenzoic acid, Annual Meeting of the

German Biophysical Society, Bochum, 03.-06.10.2010

10. A. Janoschka, B. Moeser, J. Wolny, I. Filipov, R.E. Berry, F.A. Walker, V.

Schünemann, Functional Dynamics of the NO-Carrier Protein Nitrophorin, 7 th

International Conference on Inelastic X-ray Scattering, Grenoble, France,

October 11-14, 2010

11. S. Rackwitz, J. A. Wolny, K. Muffler, H. J. Krüger, S. Reh, H. Kelm, A. I.

Chumakov and V. Schünemann Simultaneous single-crystal NIS and IR

microscopy study on a spin crossover Fe(II) dinuclear complex, HASYLAB

Users’ Meeting, Hamburg, 27-28. Januar, 2011

12. J. A.Wolny, K. Achterhold, K. Muffler, S. Rackwitz, R.Rüffer, V. Schünemann

Nuclear Inelastic Scattering and DFT calculations of polymeric spin crossover

iron(II) complexes, HASYLAB Users’ Meeting, Hamburg, 27-28. Januar, 2011

13. T. O. Bauer, A. Ivancich, A. Ahrens-Botzong, F. A. Walker, V. Schünemann, High

Valent Iron (IV) Reaction Intermediates of Nitrophorin 2, 7 th Seeheim

143


Workshop on Mössbauer Spectroscopy, June 13-17, 2011, Frankfurt (Main),

Germany

14. S.A. Bräuninger, S. Rackwitz, J.A. Wolny, V. Schünemann, Preparation and

Mössbauer studies of gel-type spin crossover systems, Seventh Seeheim

Workshop on Mössbauer-Spectroscopy, June 13-17, 2011, Frankfurt, Germany

15. S. Rackwitz, S. A. Bräuninger, J. A. Wolny, A.I. Chumakov, V. Schünemann,

Mössbauer Studies of gel-type Fe-Gd spin crossover systems, International

Symposium on Advanced Complex Inorganic Nanomaterials (ACIN 2011),

September 11-14, 2011, Namur, Belgium

16. H. Huang, R. Christmann, R. Ulber, V. Schünemann, Mössbauer Spectroscopy

of Protein-Passivated Iron Oxid Nanoparticles, International Conference on the

Applications of the Mössbauer Effect (ICAME 2011), September 25-30, 2011,

Kobe, Japan

17. R. Christmann, A. Walker, V. Schünemann, Mössbauer-Messungen zur

Ligandenbindung am Nitrophorin der Bettwanze Cimex lectularius, 15.

Deutsche Physikerinnentagung, Saarbrücken, 3.-6.11.2011

18. I. Faus, R. Christmann, F. Hannemann, C. Jung, V.Schünemann,

Charakterisierung von Cytochrom P450 Bmp und P450 Cam mit UV-Vis-Stoppedflow-Spektroskopie

und EPR, 15. Deutsche Physikerinnentagung,

Saarbrücken, 3.-6.11.2011

19. A. Ahrens-Botzong, K. Janthawornpong, J. A. Wolny, E. Ngouamegne Tambou,

M. Rohmer, S. Krasutsky, C.D. Poulter, V. Schünemann und M. Seemann, [4Fe-

4S] Cluster: Mössbauer-Studien an substrat- und inhibitorgebundenem LytB

Protein, 15. Deutsche Physikerinnentagung, Saarbrücken, 3.-6.11.2011

Gruppe Foth

1. C. Simon, G. Wolf, D. Hüttenberger, H.-J. Foth, B. Seitz, Penetrationsverhalten

von

Chlorin e6 in Kornea: Voruntersuchungen für die photodynamische Inaktivierung

von Keimen bei Keratitis, Jahrestagung der Deutschen Ophthalmologischen

Gesellschaft, Berlin, 1. – 3. Oktober 2011

Kolloquien, Seminare

1) V. Schünemann, Resonante Kernstreuung als lokale Sonde für die Dynamik von Eisen

in der Natur, Universität Salzburg, 13.01.2010

144


2) V. Schünemann, Vibrational Properties of the NO Carrier Protein Nitrophorin 2,

University of Arizona, Tucson, U.S.A., 29.01.2010

3) Beate Moeser, DFT-Rechnungen an Nitrophorinen, Universität zu Lübeck, März 2011

4) V. Schünemann, Nuclear Inelastic Scattering of heme proteins: From iron ligand

vibrations to low energy protein modes, Universität zu Lübeck, 15.12.2011

Sonstiges

V. Schünemann

Board member of IBAME (International Board on the Applications of the Mössbauer

Effect)

Koordinator des BMBF-Verbunds “Entwicklung von Messplätzen zur Charakterisierung

von Nanostrukturen, molekularen Schaltern, biologischen Mikroproben und

Materie unter extremen Bedingungen mit kernresonanten Streutechniken“,

Beteiligte Institutionen: DESY, Hamburg, ESRF, Grenoble,Universität Bayreuth, TU

Kaiserslautern

H.-J. Foth

Stellvertretender Obmann, DIN-Arbeitskreis "Laser in der Medizin"

Mitglied in der International Working Group, ISO /TC 172/SC 9/WG 4

Vorstandsmitglied von “Optics within Life Science” OWLS

145


AG Stark korrelierte Quantensysteme

Theoretische Physik

Jun.-Prof. Dr. Jesko Sirker

Forschungsgebiete:

Im Vordergrund steht die Physik stark korrelierter Vielteilchensysteme insbesondere in

niedrigen Dimensionen. Diese werden sowohl mit analytischen als auch mit

numerischen Methoden untersucht:

� Transport in Quantendrähten und Spinketten: Ballistischer und diffusiver

Transport; Einfluß quantenmechanischer Erhaltungsgrößen auf die

Transporteigenschaften

� Simulation dynamischer Korrelationsfunktionen bei endlichen Temperaturen:

Entwicklung neuer Dichtematrix-Renormierungsgruppenverfahren zur

Berechnung von Response-Funktionen

� Wigner-Kristallisation in itineranten Elektronensystemen: Effektive Modelle mit

langreichweitigen Coulombwechselwirkungen, magnetischer Superaustausch

� Domänenwände in ferromagnetischen Luttingerflüssigkeiten: Streuprozesse,

Phasendiagramme, Leitfähigkeiten

� Quanteninformation in der Festkörpertheorie: Nutzung von Methoden der

Quanteninformation zur Untersuchung von Phasenübergängen

� Entwicklung neuer numerischer Verfahren zur Simulation von

Nichtgleichgewichtsdynamik: Untersuchung von Nichtgleichgewichtsprozessen

mit Anwendungen im Bereich der ultrakalten Gase

� Spin-Orbital Modelle: Magnetische Anregungen in Verbindungen mit Spin- und

orbitalen Freiheitsgraden

Ziel ist ein grundlegendes Verständnis einfacher niedrigdimensionaler Quantenmodelle

sowohl im Grundzustand als auch bei endlichen Temperaturen sowie von Dynamik im

Nichtgleichgewicht. Hierzu kommen moderne Methoden der Feldtheorie und

Renormierungsgruppe zur Anwendung. Ferner sind verschiedene neue Algorithmen zur

Simulation solcher Systeme entwickelt worden. Besondere Fortschritte im

Berichtszeitraum sind hierbei insbesondere bei der Beschreibung von ballistischen und

diffusiven Transportkanälen von Quantendrähten als auch bei der Simulation von

Nichtgleichgewichtsdynamik für Modelle ultrakalter Quantengase erzielt worden. Ferner

wurde ein neues numerisches Verfahren entwickelt, das mittels eines Maßes der

Quanteninformation Phasenübergänge (u.a. auch vom Kosterlitz-Thouless Typ) in

eindimensionalen Quantensystemen detektieren kann.

146


Zusammensetzung der Arbeitsgruppe:

Postdoktoranden

Dr. Nick Sedlmayr Stipendium

Dr. Jie Ren Stipendium (seit Oktober 2010)

Doktoranden

Dr. Alexander Herzog Land (bis Dezember 2011)

Dipl.-Phys. Felix Andraschko DFG (seit September 2011)

Diplomanden

Pia Adam (seit Juli 2011)

Philipp Korell (seit August 2011)

Sekretariat

Marina Frey

Drittmittelprojekte:

Exzellenzgraduiertenschule MAINZ (Erstausstattung)

SFB/TR 49: Teilprojekt A11 (seit Juli 2011)

Thermodynamics and dynamics of one-dimensional quantum systems

Kooperationen:

Während des Berichtzeitraums bestanden Kooperationen mit den folgenden auswärtigen

Wissenschaftlern:

Prof. Ian Affleck (UBC, Vancouver, Canada),

Dr. Tilman Enss (LMU München),

Prof. Florian Gebhard (U Marburg),

Dr. Peter Horsch (MPI Stuttgart),

Prof. Martin Jansen (MPI Stuttgart),

Prof. Andreas Klümper (U Wuppertal),

Dr. Nicholas Laflorencie (U Paris-Sud, Orsay, France),

Prof. Andrzej Oles (U Krakau),

Dr. Rodrigo Pereira (UC Santa Barbara, USA),

Prof. Johannes Richter (U Magdeburg),

147


Prof. Steven White (UC Irvine, USA)

Dissertationen:

Dr. Alexander Herzog Dezember 2011

Magnetic excitations in spin-orbital models and frustrated spin chains

Veröffentlichungen:

Zeitschriftenartikel

1. T. Enss und J. Sirker,

Lightcone renormalization and quantum quenches in one-dimensional Hubbard models,

New J. of Phys. (akzeptiert), arXiv:1104.1643 (2011)

2. F. Gebhard, K. zu Münster, J. Ren, N. Sedlmayr, J. Sirker und B. Ziebarth,

Particle injection into a chain: decoherence versus relaxation for Hermitian and non-

Hermitian dynamics,

Ann. Phys. (akzeptiert), arXiv:1110.5245 (2011)

3. A. Herzog, A.M. Oles, P. Horsch und J. Sirker,

The dimerized ferromagnetic Heisenberg chain,

Phys. Rev. B 84, 134428 (2011)

4. J. Sirker, V. Y. Krivnov, D. V. Dmitriev, A. Herzog, O. Janson, S. Nishimoto, S.-L.

Drechsler und J. Richter,

The J1-J2 Heisenberg model at and close to its z=4 quantum critical point,

Phys.Rev. B 84, 144403 (2011)

5. N. Zafar Ali, J. Sirker, J. Nuss, P. Horsch und M. Jansen,

Spin exchange dominated by charge fluctuations of the Wigner lattice in the newly

synthesized chain cuprate Na5Cu3O6,

Phys. Rev. B 84, 035113 (2011)

6. N. Sedlmayr, S. Eggert und J. Sirker,

Electron scattering from domain walls in ferromagnetic Luttinger liquids,

Phys. Rev. B 84, 024424 (2011)

7. A. Herzog, A.M. Oles, P. Horsch und J. Sirker,

Magnetic excitations in one-dimensional spin-orbital models,

Phys. Rev. B 83, 245130 (2011)

8. J. Sirker, R.G. Pereira und I. Affleck,

Conservation laws, integrability and transport in one-dimensional quantum systems,

148


Phys. Rev. B 83, 035115 (2011)

9. N. Sedlmayr, V. K. Dugaev, M. Inglot und J. Berakdar,

Indirect Interaction of Magnetic Domain Walls

Physica Status Solidi RRL 5, 450 (2011)

10. N. Sedlmayr, V. Dugaev und J. Berakdar,

Spin Density Waves and Domain Wall Interactions in Nanowires

Phys. Rev. B 83, 174447 (2011)

11. J. Sirker,

Finite temperature fidelity susceptibility for one-dimensional quantum systems,

Phys. Rev. Lett. 105, 117203 (2010)

12. J. Sirker,

Thermodynamics of multiferroic spin chains,

Phys. Rev. B 81, 014419 (2010)

13. N. Sedlmayr, V. Dugaev und J. Berakdar

Role of non-collinear magnetization: from ferromagnetic nano wires to quantum rings

Physica Status Solidi (b) 247, 2603, (2010)

Publizierte Konferenzbeiträge

1. N. Sedlmayr, S. Eggert und J. Sirker,

”Non-collinear ferromagnetic Luttinger liquids”,

J. Phys.: Conf. Ser. 303, 012107 (2011)

2. A. Herzog, P. Horsch, A.M. Oles und J. Sirker,

Spin-wave theory for dimerized ferromagnetic chains,

J. Phys.: Conf. Ser. 200, 022017 (2010)

3. N. Sedlmayr, V.K. Dugaev, J. Berakdar, V.R. Vieira, M.A.N. Araújo und J. Barnaś,

Spin and charge transport through non-collinear magnetic nanowires,

JMMM, 322, 1419 (2010)

Sonstige Beiträge zu Konferenzen, Kolloquien und Seminaren:

Eingeladene Vorträge

1. J. Sirker, DMRG Workshop, Peking, China, September 2010

2. J. Sirker, Konferenz New Trends in Quantum Magnetism, Orsay, Frankreich, Juni 2010

149


Sonstige Konferenzbeiträge

1. N. Sedlmayr, Kurzvortrag, IOP-CMMP meeting, Manchester, UK, Dezember 2011

2. N. Sedlmayr, Postervortrag, Konferenz Recent Progress in Many-Body Theory,

Bariloche, Argentinien, November 2011

3. N. Sedlmayr, Postervortrag, Konferenz Korrelationstage, Dresden, März 2011

4. J. Sirker, Postervortrag, Konferenz Korrelationstage, Dresden, März 2011

4. J. Sirker, Kurzvortrag, APS March meeting, Dallas, USA, März 2011

5. N. Sedlmayr, Kurzvortrag, APS March meeting, Dallas, USA, März 2011

6. J. Sirker, Kurzvortrag, APS March Meeting, Portland, März 2010

7. N. Sedlmayr, Postervortrag, Konferenz Quantum Matter in Low Dimensions,

Stockholm, Schweden, September 2010

8. N. Sedlmayr, Kurzvortrag, JEMS, Krakow, Poland, August 2010

Kolloquien, Seminare

1. J. Sirker, SFB Kolloquium, Universität Mainz, Dezember 2011

2. J. Sirker, allgemeines Kolloquium, Universität Greifswald, Dezember 2011

3. J. Sirker, Theorieseminar, Universität Greifswald, Dezember 2011

4. J. Sirker, Theorieseminar, Max-Planck Institut, Dresden, October 2011

5. N. Sedlmayr, Theorieseminar, Max-Planck Institut, Stuttgart, Juli 2011

6. J. Sirker, Theorieseminar, Universität Marburg, Juni 2011

7. N. Sedlmayr, Theorieseminar, Universität Halle-Wittenberg, Mai, 2011

8. J. Sirker, Theorieseminar, TU München, Februar 2011

9. J. Sirker, allgemeines Kolloquium, Universität Wuppertal, Februar 2011

10. J. Sirker, Theorieseminar, UBC Vancouver, Kanada, August 2010

150


AG Computersimulation und Materialwissenschaften

Technische Physik

Prof. Dr. Herbert M. Urbassek

Forschungsgebiete

Die Arbeitsgruppe untersucht

� die Wechselwirkung energetischer Atome und Ionen mit Festkörpern; hierzu zählt

die Bildung von Defekten, die Entwicklung von Oberflächentopographie, Emission

von Atomen, Ionen, Clustern, Elektronen, etc., Konzentrationsveränderungen in

mehrkomponentigen Materialien, u.a.

� den Clusterbeschuß von Oberflächen, mit Auswirkungen auf die Schädigung und

Erosion der Oberfläche , die Clusterdeposition und -fragmentation, sowie die

Kraterbildung

� kinetische Prozesse bei der Laserablation: Ablationsdynamik im Festkörper,

Stoßprozesse desorbierter Teilchen, Expansionsdynamik von Laserplasmen

� Kinetik und Dynamik von Plasmen und Gasentladungen: Neutralteilchentransport,

selbstkonsistente Beschreibung von RF-Gasentladungen, Plasmarandschichten.

� Computational Materials Science: elastische und plastische Verformung,

Nanoindentation, Festkörperphasenübergänge

Als Arbeitsmethode wird intensiv auf Computersimulationsverfahren zurückgegriffen.

Mitarbeit im Graduiertenkolleg „Nichtlineare Optik und Ultrakurzzeitphysik“, im

Graduiertenkolleg „Ingenieurmaterialien auf verschiedenen Skalen: Experiment,

Modellierung und Simulation“, im Forschungsschwerpunkt „OPTIMAS“, in der DFG-

Forschergruppe 845 „Selbstorganisierte Nanostrukturen durch niederenergetische

Ionenstrahlerosion“ sowie im

Sonderforschungsbereich 926 der DFG „Bauteiloberflächen Morphologie auf

derMikroskala“.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Postdoktoranden

Dr. Chr. Anders Land seit Jan. 2008

Dr. Y. Rosandi Land seit Juli 2008

Dr. G. Ziegenhain Land bis März 2010

151


Doktoranden

M.Sc. Y. Cherednikov DFG / GK seit Okt. 2009

Dipl. Phys. Chr. Ringl DFG / GK seit Mai 2009

Dipl. Phys. S. Sun DFG / GK seit Juli 2008

M.Sc. B. Wang DFG / GK seit Nov. 2009

Dipl. Biophys. Chr. Mücksch Land seit Dez. 2011

M. Sc. Yu Gao DFG / SFB seit Okt. 2011

M. Sc. Emilia Sak DFG / SFB seit Okt. 2011

M. Sc. Riser Fahdiran BMBF seit Juni 2011

M. Sc. Maureen Nietadi DFG / FOG seit Feb. 2011

Diplomanden

Christian Mücksch März 2010 – Dez. 2010

Karin Stöbener * Juni 2010 – Juni 2011

Nina Gunkelmann seit Sept. 2011

* extern am Frauenhoferinstitut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM),

Kaiserslautern

Sekretariat

Esther Paul-Greß

Gäste

Drittmittelprojekte

Nanoindentation und Nanoscratching

DFG-GK 814/3 (bis Sept. 2011)

Martensit-Austenit Umwandlung in Fe

DFG-GK 814/3 (bis Sept. 2011)

Dynamik der laser-induzierten Schwingungsanregung in Clustern und großen Molekülen

DFG-GK 792/3 (bis März 2011)

Atomic scale surface damage by ion bombardment at grazing incidence

DFG-Projekt Ur 32/22-2 (bis Juli 2010)

152


Laserablation von Dielektrika

Carl-Zeiss-Stiftung (seit Okt. 2009)

Materialabtrag von Festkörperoberflächen nach starker elektronischer Anregung mittels

ultrakurzer Lichtpulse

BMBF-Projekt FLASH (seit Juli 2010)

Atomistische Mechanismen der Erosion von Halbleiteroberflächen

DFG, Forschergruppe 845 (seit Sept. 2010)

Atomistische Simulationen des Ritzens und Schneidens von Oberflächen

DFG, SFB 926 (seit Juli 2011)

Festkörperphasenübergänge an Oberflächen

DFG, SFB 926 (seit Juli 2011)

Kooperationen

Prof. Dr. P. Sigmund Universität Odense, Dänemark

Prof. Dr. Th. Michely Universität Köln

Prof. Dr. R. E. Johnson University of Virginia, Charlottesville, USA

Prof. Dr. L. V. Zhigilei University of Virginia, Charlottesville, USA

Prof. A. Hartmaier Universität Bochum

Dr. N. Inogamov Landau-Institut, Moskau

Prof. E. Bringa Universidad de Cuyo, Mendoza, Argentinien

Prof. H. Ledbetter University of Colorado, Boulder, USA

Prof. R. Pedrys Jagiellonian University, Krakow, Polen

Dissertationen

Diplomarbeiten

Dipl. Biophys. Christian Mücksch Proteinadsorption auf Graphitoberflächen durch

Molekulardynamik-Simulationen (Dez. 2010)

Dipl. Phys. Karin Stöbener Mesoskopische Observablen in der Molekulardynamik

von Flüssigkeiten: Konstruktion, lineare

Transportkoeffizienten und Multiskalenaspekte (Juni

2011)

153


Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. G. Ziegenhain, H. M. Urbassek, and A. Hartmaier. Influence of crystal anisotropy

on elastic deformation and onset of plasticity in nanoindentation: A simulational

study. J. Appl. Phys. 107, 061807 (2010).

2. G. Ziegenhain and H. M. Urbassek. Nanostructured surfaces yield earlier:

Molecular dynamics study of nanoindentation into adatom islands. Phys. Rev. B

81, 155456 (2010).

3. S. P. Thirumuruganandham and H. M. Urbassek. Evaporation of solvent molecules

by ultrafast heating: effect on conformation of solvated protein. Rap. Commun.

Mass Spectrom. 24, 349–354 (2010).

4. S. P. Thirumuruganandham and H. M. Urbassek. Protein isolation through impact

desolvation of electrosprayed microdroplets (IDEM): Molecular dynamics

simulation. Int. J. Mass Spectrom. 289, 119–127 (2010).

5. S. P. Thirumuruganandham and H. M. Urbassek. Water Evaporation and

Conformational Changes from Partially Solvated Ubiquitin. Biochem. Res. Int.

2010, 213936 (2010).

6. S. P. Thirumuruganandham and H. M. Urbassek. Low-frequency vibrational modes

in blue opsin: A computational study. Int. J. Quantum Chem. 110, 278–283

(2010).

7. S. N. Sun and H. M. Urbassek. Desolvation of polymers by ultrafast heating:

Influence of hydrophilicity. Appl. Phys. A 101, 71–76 (2010).

8. Y. Rosandi and H. M. Urbassek. Ultrashort-pulse laser irradiation of metal films:

the effect of a double-peak laser pulse. Appl. Phys. A 101, 509–515 (2010).

9. A. Redinger, S. Standop, T. Michely, Y. Rosandi, and H. M. Urbassek. Trails of

Kilovolt Ions Created by Subsurface Channeling. Phys. Rev. Lett. 104, 075501

(2010).

10. Y. Rosandi, A. Redinger, T. Michely, and H. M. Urbassek. Sputtering at grazing ion

incidence: Influence of adatom islands. Phys. Rev. B 82, 125440 (2010).

11. C. Anders and H. M. Urbassek. Effect of Molecular Dissociation Energy on the

Sputtering of Molecular Targets. J. Phys. Chem. C 114, 5499–5505 (2010).

12. H. M. Urbassek and Y. Rosandi. Ultrashort-pulse laser ablation: Insights from

molecular-dynamics simulation. SPIE newsrooom (2011). Published online: 20

April 2011. doi = 10.1117/2.1201104.003465.

url = http://spie.org/x48017.xml?ArticleID=x48017.

13. H. M. Urbassek, C. Anders, and Y. Rosandi. News on sputter theory: Molecular

targets, nanoparticle desorption, rough surfaces. Nucl. Instrum. Meth. B 269,

947–954 (2011).

14. S. N. Sun and H. M. Urbassek. Role of cohesive energy in droplet fragmentation.

Phys. Rev. E 84, 056315 (2011).

15. S. N. Sun and H. M. Urbassek. Impact Desolvation of Polymers Embedded in

Nanodroplets. J. Phys. Chem. B 115, 13280–13286 (2011).

16. Y. Rosandi and H. M. Urbassek. The sputter cross section of a surface vacancy

island. Nucl. Instrum. Meth. B 269, 1619–1624 (2011).

154


17. A. Redinger, S. Standop, Y. Rosandi, H. M. Urbassek, and T. Michely. Making

channeling visible: keV noble gas ion trails on Pt(111). New J. Phys. 13, 013002

(2011).

18. C. Mücksch and H. M. Urbassek. Molecular Dynamics Simulation of Free and

Forced BSA Adsorption on a Hydrophobic Graphite Surface. Langmuir 27, 12938–

12943 (2011).

19. C. Mücksch and H. M. Urbassek. Adsorption of BMP-2 on a hydrophobic graphite

surface: A molecular dynamics study. Chem. Phys. Lett. 510, 252–256 (2011).

20. Y. Cherednikov, N. A. Inogamov, and H. M. Urbassek. Atomistic modeling of

ultrashort-pulse ultraviolet laser ablation of a thin LiF film. J. Opt. Soc. Am. B 28,

1817–1824 (2011).

21. C. Anders, E. M. Bringa, G. Ziegenhain, and H. M. Urbassek. Stopping of

hypervelocity clusters in solids. New J. Phys. 13, 113019 (2011).

Buchartikel

Publizierte Konferenzbeiträge

H. M. Urbassek and Y. Rosandi. Insight from molecular dynamics simulation into

ultrashort-pulse laser ablation. Proc. SPIE 7842, 784214–1 – 9 (2010).

Konferenzen, Kolloquien und Seminare

Eingeladene Konferenzvorträge

1. News on sputter theory. International Conference on Atomic Collisions in Solids

(ICACS) 20. July 2010, Krakow, Poland.

2. Insight from molecular dynamics simulation into ultrashort-pulse laser ablation.

SPIE Laser Damage, 26 - 29 September 2010, National Institute of Standards and

Technology, Boulder, Colorado, USA.

Sonstige Konferenzbeiträge

� Y. Cherednikov, N. Inogamov, H. M. Urbassek: Atomistic modeling of ultrashortpulse

laser irradiation of LiF. Joint conference of "International Conference on

Coherent and Nonlinear Optics" (ICONO) and "International Conference on Lasers,

Applications and Technologies" (LAT)., Kazan, Russia, August 23-27, 2010.

� G. Ziegenhain, J. Janssen, Y. Rosandi: How to Setup Your Own High-Performance

Cluster, Linux Tag, Berlin, Juni 2010.

� S. N. Sun, H. M. Urbassek: Response of nanodroplet embedded macromolecules

in rigid wall collisions. Internatational CECAM-Workshop on Perspectives and

challenges of simulations at bio-materials interfaces, Bremen, Okt. 10-14, 2011.

� Y. Rosandi: Atomistic simulation of laser induced non-equilibrium

thermodynamics phenomena on metal surfaces. The Third International

155


Conference on Mathematics and Natural Sciences, Institute Teknologi Bandung,

Bandung, Indonesia, Nov 23-26, 2010.

� Y. Rosandi, A. Redinger, T. Michely, and H. M. Urbassek: Mechanism of

anisotropic damage creation around the track of a sub-surface channeled ion.

10th International Conference on Computer Simulations of Radiation Effects in

Solids, COSIRES 2010, Krakow, Poland, July 2010

� Y. Rosandi, H. M. Urbassek: The sputtering cross section of a surface-vacancy

island. 10th International Conference on Computer Simulations of Radiation

Effects in Solids, COSIRES 2010, Krakow, Poland, July 2010

� Y. Rosandi, H. M. Urbassek: Glancing ion incidence on Si (001): The influence of

surface reconstruction on ion subsurface channeling, Nanoscale Pattern

Formation at Surfaces, El-Escorial, Madrid, Spain, September 18-22, 2011

� Y. Rosandi, H. M. Urbassek: The effect of surface defects on ion-induced damage

formation molecular-dynamics study, E-MRS Spring meeting, Nice, France, May 9-

13, 2011

� Y. Rosandi, H. M. Urbassek: Ablation of an Al film: influence of electron-atom

coupling on melting process, International Conference on Laser Ablation, Playa

del Carmen, Mexico, Nov 13 - 18, 2011

� P. Kuba, J. Lorinčík, C. Anders, H. M. Urbassek: A molecular dynamics simulations

of the effect of near-surface gas-phase collisions on final velocities of sputtered

ions. SIMS XVIII, Riva del Garda, Italy, Sept. 2011.

� N. Gunkelmann: Atomistische Studie der mechanischen Eigenschaften von

Kohlenstoff-Eisen-Systemen, Deutsche Physikerinnentagung, 3.-6.11.2011 in

Saarbrücken

� C. Anders, G. Ziegenhain, and H. M. Urbassek: Stopping of clusters in solids, 10th

International Conference on Computer Simulations of Radiation Effects in Solids,

COSIRES-10, Krakow, Polen, Juli 2010.

� C. Anders, R. Pedrys, H. M. Urbassek: Sputtering of frozen oxygen and argon by

ion impact: Experiment and atomistic simulation. International Conference on

Atomic Collisions in Solids, ICACS-24, Krakow, Polen, Juli 2010.

Kolloquien, Seminare

H. M. Urbassek:

1. Plasma-Oberflächen Wechselwirkung im Weltall. Kolloquium, Fachbereich

Physik, TU Darmstadt, Jan. 2010.

2. Nanoindentation und Nanodrähte: Einsatz der atomistischen Modellierung in

der Mechanik. Kolloquium Fachbereich Elektrotechnik, TU Hannover, Feb.

2010.

3. News on sputter theory. Seminar SFB 569, Universität Ulm, Sep. 2010.

4. Exoplanetas – descubrimiento de planetas fuera de nuestro sistema solar.

Instituto de Ciencias Básicas, Universidad Nacional de Cuyo, Mendoza,

Argentina, März 14, 2011.

156


Sonstiges

5. Cluster impact on solids: molecular dynamics simulations. Department of

Physics of the Faculty of Science, J. E. Purkyne University, Usti nad Labem,

Czech Republic, April 9, 2011.

H. M. Urbassek ist Mitglied des International Steering Comittee der Tagungsreihe

Computer Simulation of Radiation Effects in Solids (COSIRES) und Mitglied des

International Scientific Committee der Tagung SIMS XVIII.

157


AG Quantenphysik mit einzelnen Atomen und Quantengasen

Experimentalphysik

Prof. Dr. Artur Widera (an der TU Kaiserslautern seit 10/2010)

Forschungsgebiete

Im Zentrum der Forschung steht die Untersuchung und Kontrolle von

Quanteneigenschaften und Quantendynamik in ultrakalten Systemen aus neutralen

Atomen. Dazu gehören im Einzelnen:

� Kühlung einzelner neutraler Atome auf Temperaturen im Nanokelvinbereich durch

Wechselwirkung mit einem Quantengas.

� Untersuchung der Kohärenzeigenschaften einzelner Quasi-Spinsysteme in einem

Quantengas.

� Verwendung einzelner neutrale Atome als Sonden zur Manipulation und

Detektion eines Quantengases.

� Erzeugung und Charakterisierung von stark gekoppelten Polaronen im

Quantengas.

Durch gezielte Kontrolle sowohl des Quantengases (hier ein Rubidium Bose-Einstein

Kondensat) als auch des einzelnen Störatoms (hier einzelne Cäsiumatome) durch

spezielle Fallen aus Laserstrahlen, werden verschiedenen Paradigmen der

Quantenmechanik realisiert und können in einer sehr kontrollierten Umgebung

untersucht werden.

Zur Durchführung werden mehrere technologische Entwicklungen vorangetrieben:

� Fluoreszenzdetektion einzelner Atome mit hoher Ortsauflösung.

� Erzeugung spezies-selektiver optischer Fallen mit Hilfe von Laserlicht.

� Deterministischer Transport einzelner Quasi-Spinsysteme mit Präzision im

Nanometerbereich.

Die Vorhaben wurden im Berichtszeitraum durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft,

die Europäische Union sowie das Landesforschungszentrum OPTIMAS an der TU

Kaiserslautern unterstützt. Vorarbeiten an der Universität Bonn wurden durch eine

Nachwuchsgruppe des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Postdoktoranden

Dr. Shrabana Chakrabarti Land (ab 06/2011)

Doktoranden

Dipl.-Phys. Michael Bauer EU (ab 10/2011)

M. Sc. Farina Kindermann DFG (ab 11/2011)

Dipl.-Phys. Nicolas Spethmann Studienstiftung/Univ. Bonn

158


Diplomanden

Benjamin Gänger ab 12/2011

Technische Mitarbeiter

Peter Bohnert

Richard Walther

Sekretariat

Gabriele Koschmann

Drittmittelprojekte

DFG Normalverfahren

Wi 3568/1-1 (ab 09/2011) Controlled Immersion of Single Neutral Atomic

Impurities into an Ultracold Quantum Gas of a Different

Atomic Species

Europäische Union – ERC Starting Grant

ERC-2011-StG/278208 (ab 08/2011) QuantumProbe – A Quantum Non-Demolition

Microscope

Dissertationen

Dipl. Phys. Claudia Weber Controlled few-body interactions in ultracold bosonic

mixtures (Univ. Bonn, Februar 2010)

M. Sc. Shincy John Towards Single Atom Aided Probing of an Ultracold

Quantum Gas (Univ. Bonn, Januar 2011)

Diplom- und Masterarbeiten

Oskar Fetsch Bau einer speziesselektiven Falle für ein einzelnes Cs-

Atom in einem Rubidiumhintergrundkondensat (Univ.

Bonn, Juni 2010)

Amir Moqanaki Towards 3D Raman Sideband Cooling of Rubidium

(Univ. Bonn, November 2010)

Farina Kindermann Towards Coherent Control of a Single Cs Atom in an

Ultracold Rb Cloud (Univ. Bonn, September 2011)

159


Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. Arif Mawardi, Sebastian Hild, Artur Widera, Dieter Meschede

ABCD-TREATMENT OF A PROPAGATING DOUGHNUT BEAM GENERATED BY A SPIRAL PHASE PLATE

Opt. Express 19, 21205 (2011)

2. Artur Widera, Wolfgang Alt, Dieter Meschede

COHERENTLY WALKING, ROCKING AND BLINDING SINGLE NEUTRAL ATOMS

J. Phys.: Conf. Ser. 264, 012021 (2011)

3. Michal Karski, Leonid Förster, Jai-Min Choi, Wolfgang Alt, Andrea Alberti, Artur

Widera, Dieter Meschede

DIRECT OBSERVATION AND ANALYSIS OF SPIN-DEPENDENT TRANSPORT OF SINGLE ATOMS IN A 1D

OPTICAL LATTICE

Journal of the Korean Physical Society (JKPS) 59, 2947 (2011)

4. Michal Karski, Leonid Förster, Jai-Min Choi, Andreas Steffen, Noomen Belmechri,

Wolfgang Alt, Dieter Meschede, Artur Widera

IMPRINTING PATTERNS OF NEUTRAL ATOMS IN AN OPTICAL LATTICE USING MAGNETIC RESONANCE

TECHNIQUES

New J. Phys. 12, 065027 (2010)

5. Sebastian Reick, Klaus Mølmer, Wolfgang Alt, Martin Eckstein, Tobias

Kampschulte, Lingbo Kong, René Reimann, Alexander Thobe, Artur Widera, and

Dieter Meschede

ANALYZING QUANTUM JUMPS OF ONE AND TWO ATOMS STRONGLY COUPLED TO AN OPTICAL CAVITY

J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 27, No. 6, A152 (2010)

6. Tobias Kampschulte, Wolfgang Alt, Stefan Brakhane, Martin Eckstein, René

Reimann, Artur Widera, Dieter Meschede

OPTICAL CONTROL OF THE REFRACTIVE INDEX OF A SINGLE ATOM

Phys. Rev. Lett. 105, 153603 (2010)

7. Claudia Weber, Shincy John, Nicolas Spethmann, Dieter Meschede, Artur Widera

SINGLE CS ATOMS AS COLLISIONAL PROBES IN A LARGE RB MAGNETO-OPTICAL TRAP

Phys. Rev. A 82, 042722 (2010)

Eingeladene Vorträge

Konferenzen

1. A. Widera: Exploring Quantum Physics with Single Neutral Atoms.

Single Atoms Symposium der Frühjahrstagung der DPG (Sektion AMOP),

Hannover, März 2010

2. A. Widera: Exploring Quantum Physics with Single Neutral Atoms.

Quantum Optics Section of Photonics Europe (SPIE), Brüssel, April 2010

3. A. Widera: Coherently Rocking, Walking and Blinding Single Neutral Atoms.

International Conference of Atomic Physics (ICAP), Cairns, Australien, Juli 2010

160


Kolloquien und Seminare

4. A. Widera: Walking in a Quantum World – Observing the Quantum Walk with

Single Neutral Atoms.

Workshop “Black Forest Focus on Soft Matter”, Freiburg Institute for Advanced

Studies, Juni 2010

5. A. Widera: Probing Quantum Physics with Single Neutral Atoms.

Kolloquium, Van-der-Waals-Zeeman Institute, Amsterdam, Mai 2010

6. A. Widera: Controlling the Quantum Walking and Blinking of Single Neutral

Atoms.

Cold Atom Seminar, University of Birmingham, Nov. 2010

7. A. Widera: Exploring Quantum Physics with Single Neutral Atoms.

Seminar, Centre for Quantum Technologies (CQT), National University of

Singapore, August 2010.

8. A. Widera: Probing Quantum Physics with Single Neutral Atoms.

Seminar, Center for Bose-Einstein Condensation, Trient, Italien, Mai 2010.

9. A. Widera: Exploring Quantum Phenomena with Single Neutral Atoms.

Kolloquium, Graduate School on Complex Quantum Systems, Wien, April 2011

10. A. Widera: Exploring Quantum Physics with Single Neutral Atoms.

Gruppenseminar, AG Hillebrands, Kaiserslautern, Juli 2011

11. A. Widera: Exploring Quantum Phenomena with Single Neutral Atoms and

Quantum Gases.

Kolloquium des SFB/Tr49, Frankfurt, Oktober 2011.

Weitere Beiträge

1. DPG Frühjahrstagung 2010, Hannover, Sektion AMOP, Ko-Autor von einem

Kurzvortrag und fünf Posterbeiträgen.

2. DPG Frühjahrstagung 2011, Dresden, Sektion AMOP, Ko-Autor von fünf

Kurzvorträgen und vier Posterbeiträgen.

Sonstiges

Direktor der DPG Schule „Quantum Gases in Dilute Atomic Vapour“ (mit I. Bloch),

Physikzentrum Bad Honnef, April 2011.

161


AG Grenzflächen, Nanomaterialien und Biophysik

Technische Physik

Prof. Dr. Christiane Ziegler

Forschungsgebiete

Im Mittelpunkt der Arbeiten stehen Systeme, in denen organische oder biologische

Komponenten an technische Unterlagen gekoppelt werden. In der Grundlagenforschung

steht einerseits die Untersuchung des Ladungs- und Spintransports in Schichtsystemen

mit Zielsetzungen in der organischen Spintronik, das elektronische Verhalten heteroorganischer

Grenzflächen in Solarzellen sowie in plasmonischen Hybridsystemen im

Vordergrund, andererseits die Untersuchung der Wechselwirkungsmechanismen

biologischer Komponenten mit Oberflächen. Die Hauptanwendungsfelder liegen

einerseits in zukünftigen Technologien der Mikroelektronik/Spintronik/Plasmonik,

andererseits in der Medizintechnik und Flüssigkeitsanalytik.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der grenzflächenanalytischen Charakterisierung von

nanokristallinen Schichtsystemen sowie organischen Molekülsystemen mit

Anwendungen als Katalysatoren.

Inhaltlich orientierte Arbeitsrichtungen:

A Molekular- und Bioelektronik, organische Spintronik (Ziegler/Lach)

B Organische Solarzellen und organische Plasmonik (Ziegler/Lach)

C Medizin-und Dentalwerkstoffe (Ziegler/Müller)

D Biomolekulare Wechselwirkungsprozesse und Affinitätsbiosensoren (Ziegler)

E Nanokristalline und nanoporöse Schichtsysteme (Gnaser/Ziegler)

Methodisch orientierte Arbeitsrichtungen:

a Allgemeine Grenzflächenanalytik (Ziegler/Lach)

b Rastersondenverfahren (Ziegler/Lach/Müller)

c Wechselwirkung energetischer Ionen mit Festkörperoberflächen (Gnaser)

d Massenspektrometrie an Oberflächen und dünnen Schichten (Gnaser)

162


Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Wissenschaftliche Mitarbeiter

apl. Prof. Dr. Hubert Gnaser Land

Dr. Stefan Lach Land

Dr. Sandra Wolff Land

Dr. Bert Lägel Land

Dr. Christine Müller Land (ab 10/10)

Dr. Felix Schmidt SFB und Land (ab 02/11)

Neda Sadat Davoudi M. Techn. SFB (ab 10/11)

Doktoranden

Dipl.-Chem. Felix Schmitt Land (bis 01/11)

Dipl.-Biophys. Christine Müller Land (bis 09/10)

Dipl.-Chem. Christine Richter externe Doktorandin (FZK) bis 05/10

Dipl.-Phys. Oliver Köhler DFG (bis 12/10), Land (01/11 bis

03/11), Stipendium (ab 04/11)

Dipl.-Chem. Martin Wilhelmi

Dipl.-Phys. Mathias Fingerle Stipendium (ab 01/11)

Dipl.-Ing. Massimo Morresi Stipendium (ab 06/10)

Dipl.-Phys. Detlef Kramczynski DFG (ab 06/11)

Dipl.-Phys. Anna Altenhof Land (02-09/11), EU (ab 10/11)

Diplomanden

Anne Lüders bis August 2010

Anna Altenhof bis Januar 2011

Mathias Fingerle bis September 2010

Christina Huber bis September 2010

Philipp Kowalewski bis September 2010

Nils Körber ab April 2010 bis Januar 2011

Michael Vogel ab April 2010 bis April 2011

Daniel Scholz ab Mai 2010 bis Januar 2011

Karola Rühle ab April 2010 bis März 2011

Marlene Hoff ab Mai 2010 bis Mai 2011

Julian Steinbock ab August 2011

Jennifer Marx ab Juni 2011

Fabian Kratz ab Juni 2011

Rösch, Christina ab Dezember 2011

163


Technische Mitarbeiter

Manfred Strack Land

Christian Dautermann Land

Sekretariat

Silvia Christoffel

Gastwissenschaftler

Yaou Smets, Department of Physics, La Trobe University, Victoria, Australien 06/11-

07/11

Drittmittelprojekte

(Ch.Ziegler)

Next generation hybrid interface for spintronic applications (HINTS)

EU (01.06.2011�01.06.2013), Gesamtsumme: € 215.500,-

(Ch.Ziegler/Ch. Müller)

SFB 926 Bauteiloberflächen, Morphologie auf der Mikroskala

DFG (01.06.2011�01.06.2013), Gesamtsumme: € 49.056,-

(Ch.Ziegler/Ch. Müller)

Forschungsgroßgerät (Rasterkraftmikroskop) nach Art. 91b GG im Rahmen des SFB 926

DFG (01.06.2011�01.06.2013), Gesamtsumme: € 269.384,-

(H. Gnaser)

Dynamik von durch Ionenbeschuss erzeugten Nanostrukturen an Oberflächen.

DFG (01.03.2011�28.02.2013), Gesamtsumme: € 306.000,-

(Ch.Ziegler/M. Hanning)

Untersuchung von Proteinadhäsion auf präadsorbierten Proteinschichten auf

Dentalmaterialien

DFG (16.08.2010-15.08.2013), Gesamtsumme: € 183.500,-

164


(Ch.Ziegler/M. Aeschlimann)

Doktoranden-Programm Carl-Zeiss

01.10.2009-30.12.2013), Gesamtsumme: € 50.000,-

(Ch.Ziegler/M. Kopnarski)

Doktoranden-Programm Carl-Zeiss

(01.10.2009-30.12.2013), Gesamtsumme: € 50.000,-

Kooperationen

Während des Berichtszeitraumes bestanden Kooperationen mit zahlreichen auswärtigen

Arbeitsgruppen, z.B.:

Prof. Dr. H. Northoff, Tranfusionsmedizin, Uniklinik Tübingen

Dr. Frank Gehring, Uniklinik Tübingen sowie Hettich GmbH, Tuttlingen

Prof. Dr. M. Hannig, Zahnmedizin, Homburg

Privatdozent Dr. H. G. Mack, Universität Tübingen

Prof. Dr. D. Schwalm, Prof. Dr. A. Wolf, Dr. B. Jordon-Thaden, MPI für Kernphysik,

Heidelberg

Prof. Dr. Z.H. Chen, Dr. Y.K. Le, Physics Department, Fudan University, VR China

Dr. Yong Men, Dalian Institute of Chemical Physics, VR China

Dr. A. Dediu, Prof. Dr. C. Taliani, Institute for Nanostructured Materials CNR Bologna,

Italien

Dr. Thomas Jung, Paul-Scherer-Institut Villigen, Schweiz

Prof. Sven Ingenbrandt, FP Mikrosystemtechnik, FH Kaiserslautern

Prof. Herbert Schäfer, FP Mikrosystemtechnik, FH Kaiserslautern

Prof. Dr. L. Kronik, Department of Materials and Interfaces, Weizmann Institute of

Science, Israel

Prof. Dr. P. M. Oppeneer, Department of Physics and Astronomy, Uppsala University,

Schweden

Dr. Alan Drew, Physics Department, Queen Mary University of London, England

Prof. Dr. G. Schmidt, Institut für Physik, Martin-Luther-Universität Halle Wittenberg

Prof. Mats Fahlman, Department of Physics, Universitet Linkoping, Schweden

Prof. Stefano Sanvito, Trinity College Dublin, Irland

Dr. Pierre Seneor, CNRS Palaiseau, Frankreich

GeSIM

BASF

Dr. Eberle GmbH

Hettich GmbH

MAQUET Cardiopulmonary AG

Kettenbach

165


Dissertationen

Dipl.-Chem. Christine Richter Mai 2010

Steuerung der Zelladhäsion auf Polymeroberflächen durch mikrostrukturierte

Biofunktionalisierung

Dipl.-Biophys. Christine Müller Oktober 2010

Untersuchungen zur Proteinadsorption bei der Entstehung von Biofilmen auf

verschiedenen Dentalmaterialien

Dipl.-Chem. Felix Schmitt Januar 2011

Photoelektronenspektroskopische Untersuchungen von Metallphthalocyaninen

Diplomarbeiten

Christina Huber September 2010

Charakterisierung dental relevanter Protein-Protein-Wechselwirkungen

Mathias Fingerle September 2010

Organische Solarzellen: Photoelektronenspektroskopie unter Beleuchtung

Philipp Kowalewski September 2010

Präparation und Charakterisierung von unstrukturierten und strukturierten

Antikörperschichtsystemen für den Einsatz in säulenartigen Biosensoren

Anne Lüders August 2010

Untersuchungen zur Proteinadsorption auf medizinischen Gläsern

Anna Altenhof Januar 2011

Photoelektronenspektroskopische Untersuchungen der Grenzfläche MePc/Co(100) mit

Me = Cu, Fe, Co

Nils Körber Januar 2011

Charakterisierung von Proteinschichten auf Dentalmaterialien

Daniel Scholz Februar 2011

Oberflächencharakterisierung von reinem und proteinbedecktem Zahnschmelz

Karola Rühle März 2011

Untersuchungen von Aluminiumpunktkontakten für n-Typ Rückseitenkontaktsolarzellen

Michael Vogel April 2011

Experimentelle und theoretische Untersuchung organischer Halbleiter

Marlene Hoff Mai 2011

Infrarotspektroskopie an Proteinen

166


Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. Initial bioadhesion on dental materials as a function of contact time, pH, surface

wettability and isoelectric point

C. Müller, A. Lüders, W. Hoth-Hannig, M. Hannig, Ch. Ziegler

Langmuir 26 (2010) 4136-4141

2. Investigation of Prothrombin Time in Human Whole-Blood Samples with a Quartz

Crystal Biosensor

L. Müller, S. Sinn, H. Drechsel, Ch. Ziegler, H.-P. Wendel, H. Northoff, F. K.

Gehring

Analytical Chemistry 82 (2010) 658-663

3. ToF-SIMS investigations of adsorbed proteins on dental titanium

J. Wald, C. Müller, M. Wahl, W. Hoth-Hannig, M. Hannig, M. Kopnarski, Ch. Ziegler

Physica Status Solidi A 207 (2010) 831–836

4. Lithographic Structures with Attached Antibodies for Columnar Immunosensors

O. Köhler, I. Steinmann, Ch. Ziegler

Sensor Letters 8 (2010) 747-751

5. Spatially controlled cell adhesion on three-dimensional substrates

Ch. Richter, M. Reinhardt, S. Giselbrecht, D. Leisen, R. Truckenmüller, A. Blau, Ch.

Ziegler, A. Welle

Biomedical Microdevices 12 (2010) 787-795

6. Indirect Magnetic Coupling of Manganese-Porphyrin to Ferromagnetic Cobalt

Substrate

D. Chylarecka, T. K. Kim, K. Tarafder, K. Müller, K. Gödel, I. Czekaj, Ch. Wäckerlin,

M. Cinchetti, Md. E. Ali, C. Piamonteze, F. Schmitt, J.-P. Wuestenberg, Ch. Ziegler,

F. Nolting, M. Aeschlimann, P. M. Oppeneer, N. Ballav, T. A. Jung

The Journal of Physical Chemistry C 115 (2011) 1295-1301

7. Flexible, all-polymer microelectrode arrays for the capture of cardiac and

neuronal signals

A. Blau, A. Murr, S. Wolff, E. Sernagor, P. Medini, G. Iurilli, Ch. Ziegler, F.

Benfenati

Biomaterials 32 (2011) 1778-1786

8. Protein Adhesion on Dental Surfaces – a Combined Surface Analytical Approach

C. Müller, J. Wald, W. Hoth-Hannig, N. Umanskaya, D. Scholz, M. Hannig, Ch.

Ziegler

Anal. Bioanal. Chem. 400 (2011) 679-689

167


9. Photoionization cross section weighted DFT simulations as promising tool for the

investigation of the electronic structure of open shell metal-phthalocyanines

M. Vogel, F. Schmitt, J. Sauther, B. Baumann, A. Altenhof , S. Lach, Ch. Ziegler

Anal. Bioanal. Chem. 400 (2011) 673-678

10. Characterization of the Interface Interaction of Cobalt on Top of Copper- and Iron-

Phthalocyanine

F. Schmitt, J. Sauther, S. Lach, Ch. Ziegler

Anal. Bioanal. Chem. 400 (2011) 665-671

11. BSA adsorption on titanium: ToF-SIMS investigation of the surface coverage as a

function of protein concentration and pH-value

M. Wilhelmi, C. Müller, C. Ziegler, M. Kopnarski

Anal. Bioanal. Chem. 400 (2011) 697-701

12. Lithographically Structured Biological Recognition Structures for Immunosensing

and Single Cell Analytics

O. Köhler, P. Kowalewski, Ch. Ziegler

Physics Status Solidi A 208 Nr. 6 (2011) 1275-1278

13. Influence of the surface termination of ultrananocrystalline

diaomond/amorphous carbon composite films on their interaction with neuron

A. Voss, H. Wie, C. Müller, C. Popov, W. Kulisch, G. Ceccone, C. Ziegler, M. Stengl,

J.P. Reitmaier

Diamond (2011)

14. Temperature-dependent grain growth and phase transformation in mixed

anatase-rutile nanocrystalline TiO 2 films

H. Gnaser, J. Lösch, A. Orendorz, Ch. Ziegler

Physica Status Solidi A 208 (2011) 1635

15. Spray coating of PMMA for pattern transfer via electron beam lithography on

surfaces with high topography

J. Linden, Ch. Thanner, B. Schaaf, S. Wolff, B. Lägel and E. Oesterschulze

Microelectron. Eng. 88 (2011) 2030

16. Interplay of energy dissipation, ion-induced mixing, and crystal-structure

recovery, and surface effects in ion-irradiated magnetic Fe/Cr/Fe trilayers

A. Brodyanski, S. Blomeier, H. Gnaser, W. Bock, B. Hillebrands, M. Kopnarski, B.

Reuscher

Phys. Rev. B 84 (2011) 214106

17. Reassessment of 182 Hf AMS measurements at VERA

O. Forstner, H. Gnaser, R. Golser, D. Hanstorp, M. Martschini, A. Priller, J. Rohlén,

P. Steier, C. Vockenhuber, A. Wallner

Nucl. Instrum. Methods B 269 (2011) 3180

168


online:

18. Structure and stability of the negative hydrogen molecular ion

B. Jordon-Thaden, H. Kreckel, R. Golser, D. Schwalm, M. H. Berg, H. Buhr, H.

Gnaser, M. Grieser, O. Heber, M. Lange, O. Novotný, S. Novotny, H. B. Pedersen,

A. Petrignani, R. Repnow, H. Rubinstein, D. Shafir, A. Wolf, and D. Zajfman

Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 193003

19. Nanostructures on surfaces by ion irradiation

H. Gnaser

Pure Appl. Chem. 83 (2011) 2003

20. Energy spectra of sputtered positive ions under Cs + bombardment

H. Gnaser

Nucl. Instrum. Methods B 269 (2011) 990

� �

21. Sputtered molecular fluoride anions: HfFn and WFn

H. Gnaser, R. Golser

Surf. Interf. Anal. 43 (2011) 32

22. Focused ion beam implantation of Ga in InP studied by SIMS and dynamic

computer

simulations

H. Gnaser

Surf. Interf. Anal. 43 (2011) 28

23. Tomato Bushy Stunt Viruses (TBSV) in Nanotechnology Investigated by Scanning

Force and Scanninig Electron Microscopy

A. Lüders, C. Müller, K. Boonrod, G. Krczal, Ch. Ziegler

Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 91 (2011) 154-161

in press:

1. “Metal–Organic Hybrid Interface States of A Ferromagnet/Organic

Semiconductor Hybrid Junction as Basis For Engineering Spin Injection in

Organic Spintronics”

S. Lach, A. Altenhof, K. Tarafder, F. Schmitt, E. Ali, M. Vogel, J. Sauther, P.M.

Oppeneer, Ch. Ziegler, Advanced Functional, Published online: 21.Dezember

2011 Materials | doi:10.1002/adfm201102297

1. Strongly reduced fragmentation and soft emission processes in sputtered ion

formation

+ from amino acid films under large Arn (n � 2200) cluster ion bombardment

H. Gnaser, K. Ichiki, J. Matsuo

Rapid Comm. Mass Spectrom. (2011) in press

Sonstige Beiträge zu Konferenzen, Kolloquien und Seminaren

169


Konferenzleitungen

16. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik, IFOS, Kaiserslautern

Wissenschaftliches Komitee: Ch. Ziegler

Ortskomitee: S. Lach

Eingeladene Vorträge

1. Ch. Ziegler, E. Oesterschulze, H. Northoff, F. Gehring: Electromechanical affinity

biosensors for full blood applications

1st Aegean International Conference on Molecular Recognition, Heraklion (Kreta),

2010

2. Ch. Ziegler: Nanobiotechnologie – ein Fortschritt für die Medizin?

Kolloquium FH Zweibrücken, 2010

3. Ch. Ziegler: Nanobiotechnik in der Medizin, Verfahrenstechnisches Kolloquium

TU Kaiserslautern, 2010

4. Ch. Ziegler: Klein, kleiner, nano

Studium Integrale, TU Kaiserslautern, 2010

5. H. Gnaser: Nanostructuring of Surfaces by Ion Irradiation

International Conference on Nanomaterials and Nanotechnology NANO-2010,

Tiruchengode, Indien

6. Ch. Ziegler: Oberflächen gar nicht oberflächlich betrachtet: von eierlegenden

Wollmilchsäuen, bunten Transistoren und tanzenden Elektronen

Festvortrag Universität Paderborn, 2011

7. Ch. Ziegler: Photoemission spectroscopy to study chemisorption induced hybride

interface states at the ferromagnet-phthalocyanine interface

3rd Scientific TMS Workshop, Chemnitz, 2011

8. C. Müller, Ch. Ziegler: Bioadhesion on technical surfaces investigated by surface

analytical techniques

Workshop Graduiertenkolleg 1276, Saarbrücken, 2011

9. H. Gnaser: Nanomodification of Surfaces by Cluster Ion Bombardment

International Conference on Ion-Beam Induced Nanopatterning of Materials (IINM-

2011), Bhubaneswar (India), 2011

10. H. Gnaser: Self-organizing nanostructures on surfaces by ion irradiation

Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik, Kaiserslautern, 2011

170


11. H. Gnaser: Energy, Angular, and Mass Distributions of Sputtered Species

20 th International Conference on Ion-Surface Interactions (ISI-2011), Zvenigorod,

Russia, 2011

12. H. Gnaser: Atom Probe Tomography

Fakultät für Physik, Universität Wien, Österreich, 2011

13. Ch. Ziegler: Engineering the Interface between Metal-Pthalocyanines and Cobalt

for its Spin Injection Capability

Internationaler Workshop Functional Metalorganics FM2011, Universität Uppsala,

Schweden, 2011

Sonstige Konferenzbeiträge

1. AOFA 16, Kaiserslautern, September 2010, 10 Poster, 2 Vorträge, 9 Poster

2. International Conference on Atomic Collisions in Solids ICACS-24, Krakow (PL),

Juli 2010, 1 Poster

3. European Conference on the Application of Acceleartors in Research and

Technology ECAART-10, Athen (GR), September 2010, 1 Poster

4. 109. Hauptversammlung der Deutschen Bunsen-Gesellschaft für Physikalische

Chemie e.V. (Bunsentagung), Bielefeld, Mai 2010, 1 Vortrag

5. Biomaterials and Biomechanics: Fundamentals and Clinical Applications, Essen,

März 2010, 1 Vortrag, 1 Poster

6. ESB 2010, 23 rd European Conference on Biomaterials, Tampere (F), September

2010, 1 Poster

7. EMRS (European Materials Research Society), Strasbourg (F), Juni 2010, 1 Poster,

1 Vortrag

8. AFM BioMed Conference 2010, Rovinj (Croatia), Mai 2010, 1 Poster

9. DPG Frühjahrstagung, Regensburg, März 2010, 2 Poster

10. 44. DGBMT Jahrestagung, Rostock Warnemünde, Oktober 2010, 1 Vortrag, 1

Poster

171


11. Workshop EnFI, Juli 2010, Marburg, 1 Poster

12. Euro AFM Forum 2011, Zürich (CH), September 2011, 3 Poster, 2 Vorträge

13. DPG Frühjahrstagung, Dresden, März 2011, 2 Vorträge, 1 Poster

14. Vortrags- und Diskussionstagung: Bioverfahrenstechnik an Grenzflächen,

Potsdam, 2 Poster

15. Bundesalgenstammtisch, Hamburg, Mai 2011, 1 Vortrag

16. 22nd European Conference on Diamond, Garmisch-Partenkirchen, September

2011, 1 Poster

17. Swiss Society for Biomaterials, Yverdon-les-Bains (CH), Mai 2011, 1 Poster

18. European Conference on Molecular Electronics (ECME), Barcelona (E), September

2011, 3 Poster, 1 Vortrag

19. European Congress of Applied Biotechnology, ECAB, Berlin, September 2011, 2

Poster

20. KOSMOS Summer University, Berlin, September 2011, 2 Poster

21. 18 th Intern. Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS 18), Riva del

Garda (I), September 2011, 1 Vortrag, 1 Poster

22. : 6-th Symposium on Vacuum based Science and Technology, Koszalin (Polen),

September 2011, 1 Vortrag

Sonstiges

Ch. Ziegler:

Direktorin des "Zentrums für Nanostrukturtechnologie und Molekularbiologische

Technologie der Universität Kaiserslautern" (Nano+Bio-Center KL)

Geschäftsführende Gesellschafterin der Nano S GmbH

Wissenschaftliche Leiterin der IFOS GmbH (Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik)

Vorstandsmitglied "Arbeitsgemeinschaft der Nanotechnologiekompetenzzentren -

AGeNT"

172


Stellvertretende Vorsitzende des NanoBioNet e.V. (bis 5/2011)

Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats des NanoBioNet e.V. (ab 5/2011)

Vorstandsmitglied des Nanotechnologie e.V.

Mitglied im Kuratorium der Stiftung Innovation des Landes Rheinland-Pfalz

Wissenschaftlicher Beirat DISC, TU Kaiserslautern

Vorstandsmitglied im SFB 926

Mitglied in zahlreichen Experten- und Gutachterkommissionen im Bereich

Nanotechnologie und Nanobiotechnologie sowie in Programmkomitees von Tagungen

173


Forschungsberichte pensionierter/emeritierter

Professoren:

Prof. Dr. H. Hotop (i.R.)

Experimentalphysik

Forschungsgebiete

Im Mittelpunkt der Forschung standen Elementarprozesse aus der Atom-, Molekül- und

Elektronenphysik, welche mit lasergestützten Methoden detailliert untersucht wurden. In

den letzten Jahren waren dies vor allem folgende Prozesse:

� Photoanregung und Photoionisation von Atomen mit Lasern,

� Bildung negativer Ionen in Stößen von Rydbergatomen bzw. langsamen freien

Elektronen (Energiebreite � 1 meV) mit (schwingungsangeregten) Molekülen,

� Streuung niederenergetischer Elektronen an freien Atomen und Molekülen mit

höchster Auflösung (Energiebreite bis herab zu wenigen meV).

Hauptziel war und ist das grundlegende Verständnis dieser für viele Bereiche (u.a.

Spurenanalyse, Plasma- und Gasentladungsphysik, Lasermedien, gasförmige

Dielektrika, Atmosphärenphysik) wichtigen Elementarprozesse durch quantitative

Messung der energieabhängigen Prozesswahrscheinlichkeiten (Wirkungsquerschnitte)

und durch Vergleich der experimentellen Daten mit theoretischen Rechnungen; letztere

wurden häufig in Kooperation mit Gastwissenschaftlern durchgeführt. Ein Schwerpunkt

der Arbeiten in 2010-11 war die Abfassung eines Übersichtsartikels zum Thema

Photoionization dynamics of excited Ne, Ar, Kr, and Xe atoms near threshold.

Die Vorhaben wurden im Berichtszeitraum durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft

(HO427/30 und HO427/31) unterstützt.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe

Dr. rer. nat. Martin-W. Ruf Akad. Direktor (i.R.)

Gäste

Prof. Dr. Ilya I. Fabrikant (Lincoln, Nebraska, USA) 0,5 Mon. 2010

Prof. Dr. Ivan D. Petrov (Rostov-on-Don, Russland) 2 Mon. 2010

174


Prof. Dr. Victor L. Sukhorukov (Rostov-on-Don, Russland) 2 Mon. 2010; 2 Mon.

2011

Drittmittelprojekte

DFG-Vorhaben HO 427/30 (2009 und 2010)

(Unterstützung der Kooperation mit Prof. Dr. I. D. Petrov, Prof. V. L. Sukhorukov):

Photoionization dynamics of excited rare gas atoms near threshold

DFG-Vorhaben HO 427/31 (2011)

(Unterstützung der Kooperation mit Prof. V. L. Sukhorukov):

Photoionization dynamics of excited rare gas atoms near threshold

Kooperationen

Während des Berichtzeitraums bestanden Kooperationen mit den oben genannten

Gästen (Prof. Dr. Ilya I. Fabrikant, Prof. Dr. Ivan D. Petrov, Prof. Dr. Victor L.

Sukhorukov) sowie folgenden auswärtigen Wissenschaftlern:

Prof. Dr. Michael Allan (Univ. Fribourg, Fribourg, Schweiz)

Prof. Dr. Klaus Bartschat (Drake University, Des Moines, Iowa, USA)

Dr. Urs Hollenstein (ETH Zürich)

Dr. Janina Kopyra (University of Podlasie, Siedlce, Poland)

Prof. Dr. Frédéric Merkt (ETH Zürich)

Dr. Tom M. Miller (Air Force Research Lab, Bedford, MA, USA)

Dr. Martin Schäfer (ETH Zürich)

Dr. Oleg Zatsarinny (Drake University, Des Moines, Iowa, USA)

175


Veröffentlichungen

Zeitschriftenartikel

1. Low-energy electron attachment to the dichlorodifluoromethane (CCl 2F 2) molecule

K. Graupner, S. A. Haughey, T. A. Field, C. A. Mayhew, T. H. Hoffmann, O. May,

J. Fedor, M. Allan, I. I. Fabrikant, E. Illenberger, M. Braun, M.-W. Ruf, and H. Hotop

J. Phys. Chem. A 114 (2010) 1474 � 1484

2. New light on the Kr � (4p 5 5s 2 ) Feshbach resonances: high resolution electron

scattering experiments and B-spline R-matrix calculations

T. H. Hoffmann, M.-W. Ruf, H. Hotop, O. Zatsarinny, K. Bartschat, and M. Allan

J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 43 (2010) 085206 (11pp)

3. Autoionization dynamics of even Ar(3p 5

1/2 np’, nf’) resonances: comparison of

experiment and theory

I. D. Petrov, V. L. Sukhorukov, U. Hollenstein, L. J. Kaufmann, F. Merkt, and H.

Hotop J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 44 (2011) 025004 (11pp)

4. On the relation between the activation energy for electron attachment reactions and

the size of their thermal rate coefficients

H. Hotop, M.-W. Ruf, J. Kopyra, T. M. Miller, and I. I. Fabrikant

J. Chem. Phys. 134 (2011) 064303 (7pp)

5. Near-threshold photoionization from the excited mp 5 (m+1)p J = 0 – 3 levels of

Ar, Kr, and Xe (m = 3 – 5)

I. D. Petrov, V. L. Sukhorukov, M.-W. Ruf, D. Klar, and H. Hotop

Eur. Phys. J. D 62 (2011) 347 � 359

6. Photoionization dynamics of excited rare gas atoms Ne, Ar, Kr, and Xe near threshold

V. L. Sukhorukov, I. D. Petrov, M. Schäfer, F. Merkt, M.-W. Ruf, and H. Hotop

J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. (Topical Review, submitted November 2011)

Sonstige Beiträge zu Konferenzen, Kolloquien und Seminaren

Eingeladene Vorträge

1. H. Hotop: Laser photoelectron sources: applications to electron scattering and

attachment involving gaseous targets. Workshop on Monochromatic ion and electron

beams: new sources and applications, Orsay (France), 10 February 2011.

176


Sonstige Konferenzbeiträge

1. 10 th European Conference on Atomic, Molecular and Optical Physics (ECAMP 10),

Salamanca (Spain): 1 Posterbeitrag

2. XXVII th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (27 th

ICPEAC), 27 July – 2 August 2011, Belfast, Northern Ireland: 1 Posterbeitrag

Kolloquien, Seminare

1. H. Hotop: Seminar, Institut für Ionenphysik, Univ. Innsbruck (Österreich), 27.08.2010

2. H. Hotop: Seminar, Laboratorium für Physik. Chemie, ETH Zürich, 13.04.2011

3. H. Hotop: Kolloquium, Laboratorium für Physik. Chemie, ETH Zürich, 15.04.2011

Sonstiges

H. Hotop

Ernennung zum Fellow der European Physical Society (2010)

177


Prof. Dr. Volkhard F. Müller (emeritiert)

Theoretische Physik

Forschungsgebiet

Relativistische Quantenfeldtheorie, auch auf gekrümmten Raum-Zeit

Mannigfaltigkeiten.

Wegner-Wilsonsche Renormierungsgruppe der effektiven Wirkungen.

Zusammenarbeit mit

Prof. Dr. H.G. Dosch ( Univ. Heidelberg)

Prof. Dr. C. Kopper (Ecole Polytechnique, Palaiseau, Frankreich)

Veröffentlichungen

The facets of relativistic quantum field theory

H.G. Dosch and V.F. Müller

Eur. Phys. J H35 (2010) 331 - 375

178


Prof. Dr. Hans Schmoranzer (pensioniert seit 4/04)

Experimentalphysik und Technische Physik

Forschungsgebiete:

Bestimmung der optischen Oszillatorenstärken von Atomen und Molekülen sowie

Untersuchung von Mehrelektronenprozessen in Atomen und Molekülen, insbesondere

der Zerfallsprozesse mehrfach angeregter Edelgasatome und des hochangeregten

Wasserstoffmoleküls nach selektiver Anregung im extremen Ultraviolett. Die Arbeiten

gehören in die Grundlagenforschung der Atom- und Molekülphysik und liefern

Grundlageninformationen für viele Anwendungen (Laser-Entwicklung, quantitative

Spektralanalyse usw.) sowie Beiträge zur technologischen Entwicklung

(Synchrotronstrahlungsoptik).

Die Synchrotronstrahlungsexperimente werden in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. A.

Ehresmann (Universität Kassel) und Prof. Dr. M. Glass-Maujean (Université P. et M.

Curie/CNRS, Paris) bei BESSY, Berlin durchgeführt.

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe:

Gäste:

Prof. Dr.V. L. Sukhorukov (Rostov-na-Donu, Russland) 2 Monate, DFG

Prof. Dr. B. M. Lagutin (Rostov-na-Donu, Russland) 4 Monate, DFG

Prof. Dr. I. D. Petrov (Rostov-na-Donu, Russland) 1 Monat, DFG

Drittmittelprojekte:

1. Excitation dynamics of ionic satellites via inner-shell resonances in rare gas

atoms and diatomic molecules, 2009-2010, DFG SCHM 379/14-1

2. Excitation dynamics of ionic satellites via inner-shell resonances in rare gas

atoms and diatomic molecules, 2011-2012, DFG SCHM 379/15-1

Kooperationen:

Während des Berichtszeitraums bestanden wissenschaftliche Kooperationen mit:

Prof. Dr. V. L. Sukhorukov RSUTC, Rostov-na-Donu, Russland

Prof. Dr. B. M. Lagutin RSUTC, Rostov-na-Donu, Russland

Prof. Dr. I. D. Petrov RSUTC, Rostov-na-Donu, Russland

Prof. Dr. M. Glass-Maujean UPMC, Paris

Prof. Dr. Ch. Jungen CNRS, U Paris-Sud, Orsay

Prof. Dr. A. Ehresmann U Kassel

179


Dr. Ph. V. Demekhin U Heidelberg

Prof. Dr. K.-H. Schartner JLU Gießen

Dr. G. Reichardt BESSY , Berlin

Veröffentlichungen:

Zeitschriftenartikel

1. Photoionization of Xe near 5s threshold I : Theoretical study of 5s-np resonance

structure in 5p- photoabsorption.

V. L. Sukhorukov, I. D. Petrov, B. M. Lagutin, H. Schmoranzer, W. Kielich, Ph. V.

Demekhin, and A. Ehresmann

Eur. Phys. J. D 59, 151-159 (2010)

2. Interference effects during the Auger decay of the C*O 1s -1 �* resonance studied

by angular distribution of the CO + (A) photoelectrons and

polarization analysis of the CO + (A-X) fluorescence

Ph. V. Demekhin, I. D. Petrov, V. L. Sukhorukov, W. Kielich, P. Reiss, R. Hentges, I.

Haar, H. Schmoranzer, A. Ehresmann

Phys. Rev. A 81, 069902 (2010)

3. Photoionization of Xe near 5s threshold II : 5s- main line and satellites

A. Ehresmann, W. Kielich, S. Klumpp, P. V. Demekhin, I. D. Petrov, V. L.

Sukhorukov, B. M. Lagutin, R. Müller-Albrecht, and H. Schmoranzer.

Eur. Phys. J. D 59, 161-169 (2010).

4. Strong interference effects in the angularly resolved Auger decay and

fluorescence emission spectra of the core-excited NO molecule.

Ph V Demekhin, I D Petrov, V L Sukhorukov, W Kielich, A Knie, H Schmoranzer,

and A Ehresmann.

J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 43, 165103 (2010)

5. Symmetry-Forbidden Electronic State Interference Observed in Angularly

Resolved NO + (A 1 ) Deexcitation Spectra of the N*O(A 1 ) (2 -12 2 ) Resonance.

Ph. V. Demekhin, I. D. Petrov, V. L. Sukhorukov, W. Kielich, A. Knie, H.

Schmoranzer, and A. Ehresmann. Phys.

Rev. Lett. 104, 243001 (2010)

6. H2 Superexcited States: Experimental and Theoretical Characterization of their

Competing Decay-Channel Fluorescence, Dissociation, and Ionization

Glass-Maujean, M., Jungen, Ch., Schmoranzer H., Knie, A., Haar, I., Hentges, R.,

Kielich, W.. Jänkälä, K., Ehresmann, A.

Phys. Rev. Lett. 104, 183002 (2010)

7. Neutral dissociation of the I, I', and I'' vibronic progressions of O 2.

Ph. V. Demekhin, V. L. Sukhorukov, H. Schmoranzer, and A. Ehresmann.

J. Chem. Phys. 132, 204303 (2010)

180


8. Competing decay-channel fluorescence, dissociation, and ionization in

superexcited levels of H2 M. Glass-Maujean, Ch. Jungen, G. Reichardt, A. Balzer, H. Schmoranzer, A.

Ehresmann, I. Haag, and P. Reiss Phys.

Rev. A 82, 062511 (2010)

9. Fourfold excitations, intra- and inter-shell correlations in the Auger decay of Kr

3d-np resonances

Lagutin, B.M., Petrov, I.D., Sukhorukov, V.L., Schmoranzer, H., Schartner, K-H.,

Ehresmann, A

J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 44, 095002 (2011)

10. VUV Spectroscopic Study of the D 1

u State of Molecular Deuterium

Dickenson, G. D., Ivanov, T. I., Ubachs, W., Roudjane, M., de Oliveira, N. , Joyeux,

D., Nahon, L., Tchang-Brillet, W.-U. L., Glass-Maujean, M., Schmoranzer, H., Knie,

A., Kuebler, S., Ehresmann, A. Molecular

Phys. 109, 2693-2708 (2011)

11. The transition probabilities from the ground state to the excited J=0 1 +

u levels

of H2 : Measurements and ab initio quantum defect study

Glass-Maujean, M., Jungen, Ch.., Schmoranzer, H., Haar, I., Knie, A., Reiss, P.,

Ehresmann, A.

J. Chem. Phys. 135, 144302 (2011)

Beiträge zu internationalen Konferenzen

20th Russ. Conf. on X-ray and Electron Spectra and Chemical Binding, 24.-27. Mai 2010,

Novosibirsk (Russland), 1 Beitrag

10th Europ. Conf. on Atoms, Molecules and Photons (ECAMP X), 4.-9. Juli 2010,

Salamanca (Spanien), 4 Posterbeiträge

43th Conf.of the Europ. Group for Atomic Systems (EGAS), 28.6-2.7.2011, Fribourg

(Schweiz), 1 Posterbeitrag

27th Int. Conf. on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXVII), 27.7-

2.8.2011, Belfast (Nordirland), 1 Posterbeitrag

181


Redaktion:

Dr. Kerstin Krauß

Fachbereich Physik

Technische Universität Kaiserslautern

Postfach 3049

67653 Kaiserslautern

E-Mail: krauss@physik.uni-kl.de

Internet: www.physik.uni-kl.de

Weitere Magazine dieses Users
Ähnliche Magazine