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 


Prof. Dr. René Beigang 

Lasermesstechnik 


Prof. Dr. Klaas Bergmann 

Biophysik und Kurzzeitspektroskopie 


Prof. Dr. Rolf Diller 

Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme 


Prof. Dr. Sebastian Eggert 

Theoretische Quantenoptik 


Prof. Dr. Michael Fleischhauer 

Integrierte Optoelektronik und Mikrooptik 

Experimentalphysik/Technische Physik 

Prof. Dr. Henning Fouckhardt 

Optische Technologien und Photonik 


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 


Prof. Dr. Wolfgang Hübner 

Theoretische Quantendynamik 


apl. Prof. Dr. Hans-Jürgen Korsch 

Physik und Technologie der Nanostrukturen 


Prof. Dr. Egbert Oesterschulze 

Ultrakalte Quantengase und Quantenatomoptik 


Prof. Dr. Herwig Ott 

Ultrakurzzeitphysik laserangeregter Festkörper 

Angewandte Theoretische Physik 

Dr. Bärbel Rethfeld 

Theoretische Halbleiteroptik und Quantenelektronik 


Prof. Dr. Hans Christian Schneider 

Biophysik und Medizinische Physik 


Prof. Dr. Volker Schünemann 

Theorie der stark korrelierten Quantensysteme 


Jun.-Prof. Dr. Jesko Sirker 

Computersimulation und Materialwissenschaften 

Technische Physik / Computersimulation 

Prof. Dr. Herbert M. Urbassek 

Quantenphysik einzelner Atome und ultrakalter Quantengase 


Prof. Dr. Artur Widera 

Grenzflächen, Nanomaterialien und Biophysik 

Technische Physik 

Prof. Dr. Christiane Ziegler 

6

AG Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen 


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 2010 – 2011 

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 


Koffler, Kathrin 

(Mai 2010) 

Haßdenteufel, 

Alexander 

(Juli 2010) 

Jünger, Felix 


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 


Bader, Marianne 


Jakobs, Sebastian 

(Oktober 2010) 

Eich, Steffen 

(November 2010) 

Haak, Patrick 

(Dezember 2010) 

Lebhardt, Philipp 

(Januar 2011) 

Großmann, Nicolas 


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; 


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; 


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; 


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 


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 


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, 


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.- 


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, 


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 


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 


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

5th July 2011 


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, 


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, 


Sonstiges 

Daniel Steil 

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


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 


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 


Prof. Dr. James R. Anglin 


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. 


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 


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



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 


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


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 2010 – 2011 € 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. 


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 


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 



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 


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 


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 


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 


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 



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 


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, 


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, 


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 



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

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



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, 


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, 


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



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, 


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, 


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 



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 


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. 


Postdoktoranden 

Dr. Vladimir Ogurtsov 

Dr. Jae-Ihn Kim 

Sekretariat 


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


Alle Dissertationen wurden vor der Zeit als Seniorforschungsprofessor abgeschlossen. 

Diplom- und Staatsexamensarbeiten 

Alle Diplomarbeiten wurden vor der Zeit als Seniorforschungsprofessor abgeschlossen: 



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 


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. 


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


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) 


Dipl. Phys. Matthias Wolf Dezember 2011 

Riboflavin im elektronisch angeregten Zustand: Schwingungsanalyse anhand 

Isotopenmarkierung und ps-Relaxationsdynamik in Lösung 

44


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 



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 


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 


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 


Prof. Dr. Sebastian Eggert 


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


Sekretariat 

Marina Frey 


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 


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 


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 


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 


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

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


[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 


[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 


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 


Prof. Dr. M. Fleischhauer 


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



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 


Sekretariat 

Marina Frey gemeinsam mit Theoriekollegen 

56


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 


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 


[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 


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

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


[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 


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

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

quench 


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

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

approach 


[9] D. Muth and M. Fleischhauer 

Dynamics of pair correlations in the attractive Lieb-Liniger gas 


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

Juzeliunas 

Spinor Slow-Light and Dirac particles with variable mass 


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

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

picture 


[12] E. Shahmoon, G. Kurizki, M. Fleischhauer, D. Petrosyan 

Strongly interacting photons in hollow-core waveguides 


[13] A. Mering and M. Fleischhauer 

Multi-band and nonlinear hopping corrections to the 3D Bose-Fermi Hubbard model 


[14] J. Ruseckas, V. Kudriasov, G. Juzeliunas, R. G. Unanyan, J. Otterbach, M. 

Fleischhauer 

59

Photonic band-gap properties for two-component slow light 


[15] D. Dzsotjan, J. Kästel and M. Fleischhauer 

Dipole-dipole shift of quantum emitters coupled to surface plasmons of a nanowire 


[16] A. V. Gorshkov, J. Otterbach, M. Fleischhauer, T. Pohl, M. D. Lukin 

Photon-Photon Interactions via Rydberg Blockade 


[17] D. Petrosyan, J. Otterbach, and M. Fleischhauer 

Electromagnetically induced transparency with Rydberg atoms 


[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 


• 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 



� 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 Rauschenbeutel-group, Wien, Österreich, 03.2011 

� Quantenoptikseminar TU Kaiserslautern, 07.2011 


M. Höning 

� Seminar, Universität Potsdam, Mai 2011 

R. Unanyan 

� Vilnius University, Lithuania ,Oktober 2010 

Sonstiges 


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 


Prof. Dr. Henning Fouckhardt 


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


Prof. Dr. Henning Fouckhardt Leiter 

Dr. Christoph Döring 


Udo Schmittat 

Birgit Krupp 

Sekretariat 


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 - 


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) 


Dirk Hoffmann Antimonid-Breitstreifenlaser mit integrierter Fourieroptischer 

Transversalmodenselektion 

Prüfung am 14.07.10 

Eric Hein Optisch streuende Glasoberflächenrauigkeiten durch 

Selbstmaskierung beim reaktiven Trockenätzen 


Markus Holzki Faseroptischer Evaneszenzfeld-Absorptionssensor mit 

dielektrophoretischer Anreicherung des Analyten 


Thomas Löber Ga(As)Sb-Quantenpunkte und -Quantenpunkt-Laser 



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 - 


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 


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 


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 


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. 


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) 


� 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 


� 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 


Prof. Dr. Georg von Freymann 


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


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 


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



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 


� The materials challenge in diffraction-unlimited direct-laser-writing optical 

lithography 

J. Fischer, G. von Freymann, and M. Wegener 


� Rhombicuboctahedral three-dimensional photonic quasicrystals 

73

A. Ledermann, M. Wegener, and G. von Freymann 


� 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 


� 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 


� Three-dimensional chiral photonic superlattices 

M. Thiel, H. Fischer, G. von Freymann, and M. Wegener 


Konferenzbeiträge, Kolloquien und Seminare 


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 


G. von Freymann, Seminar on nanophotonics, Technion Haifa, Israel, 30. Mai 



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 


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, 


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 


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 


Prof. Dr. Burkard Hillebrands 


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. 


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 


� 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 


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


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 


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 


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 


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 


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 


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 


16. Radiation of caustic beams from a collapsing bullet 

M.P. Kostylev, A.A. Serga, B. Hillebrands 


17. Variable damping and coherence in a high-density magnon gas 

S. Schäfer, V. Kegel, A.A. Serga, B. Hillebrands, M.P. Kostylev 


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


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 


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 


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 


24. Quadratic magneto-optical Kerr effect in Co2MnSi G. Wolf, J. Hamrle, S. Trudel, T. Kubota, Y. Ando, B. Hillebrands 


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 


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 


28. Mechanisms of nonlinear spin-wave emission from a microwave driven 

nanocontact 

F. Ciubotaru, A.A. Serga, B. Leven, L. Lopez Dias, B. Hillebrands 


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 


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 


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 


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 




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 


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 


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


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: 


Spin-Age 2010 – A SpinAps Retreat, Pajaro Dunes (CA), U.S.A., August 

3 Beiträge: 


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 


Wahl zum Ordentlichen Mitglied der Akademie der Wissenschaften und Literatur in 

Mainz 

Juni 2010 

T. Neumann: 

“Promotionspreis 2009 der Alumni-Vereinigung Physik” der TU Kaiserslautern für seine 

Dissertation „Dynamische Kontrolle von Spinwellen durch lokalisierte, 

magnetische Inhomogenitäten” 



„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“ 


H. Schultheiss: 

Preis der Kreissparkassen-Stiftung für seine Dissertation „Kohärenz und 

Dämpfungsverhalten von Spinwellen in magnetischen Mikrostrukturen“ 


H. Schultheiss: 

Preis der Prof. Dr. Jürgen Geiger Stiftung für seine Dissertation „Kohärenz und 

Dämpfungsverhalten von Spinwellen in magnetischen Mikrostrukturen“ 

Oktober 2011 

89


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 


Prof. Dr. Wolfgang Hübner 


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


Dr. rer. nat. Georg Lefkidis Wissenschaftlicher Mitarbeiter 


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 


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) 


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) 



1. Hübner: Femtosecond spin dynamics in two- and three- magnetic-center 

molecules MAGDYN 2011, Synchrotron SOLEIL, L'Orme des Merisiers, 


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 


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 


apl. Prof. Dr. Hans-Jürgen Korsch 


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. 



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) 


Monographien 

1. H. J. Korsch 

Mathematik-Vorkurs – Mathematisches Handwerkszeug für Studienanfänger der Physik, 

Mathematik und Ingenieurwissenschaften 

Binomi-Verlag, neue erweiterte Aufl. 2010 


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 


6. Nonlinear resonant tunneling of Bose-Einstein condensates in tilted optical lattices 

K. Rapedius, C. Elsen, D. Witthaut, S. Wimberger and H. J. Korsch 


7. Quantum dynamics of Bose-Einstein condensates in tilted and driven bichromatic optical 

lattices 

D. Witthaut, F. Trimborn, V. Kegel and H. J. Korsch 


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 



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. 


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) 


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) 


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


Andreas Bummel, Evelyn Cieslinska, Viktoria Hlipala, Christina Menges, Simon Gareis, 

Markus Klug, Bianca Herzog, Julia Vanessa Haubert, Thorsten Michael Gaschler, 

Halil Köse 


Karl Zinsmeister (50%-Stelle) 

Jürgen Heiderich (30%-Anteil) 

Sekretariat 

Caro Hofmann 


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) 


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) 


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, 


102

Hannah Gimmler Fotografie – Physikalische und physikdidaktische Aspekte, 



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 


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


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. 


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. 


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). 


Von Werbeaufgaben bis zu Handyexperimenten. Pädagogische Hochschule 

Schwäbisch-Gmünd (eingeladen von Prof. Dr. H.-M. Haase, 25.02.2011). 


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 


Prof. Dr. Egbert Oesterschulze 


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. 


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, 


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, 


� S. Roth, E. Oesterschulze, Non-mechanical Variable Apertures Based on Poly(3,4ethylenedioxythiophene) 

(PEDOT), 36th International Conference on Micro & Nano 

Engineering (MNE), Genua, Italien, 


� 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, 


� 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, 


� 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, 


� 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, 


� B. Schaaf, E. Oesterschulze, Femtosecond Plasmonic Transport in Metal 

Nanostructures Investigated by SNOM and PEEM, DFG-SPP 1391, Bad Honnef, 


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 


Prof. Dr. Herwig Ott 


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. 



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 


Peter Bohnert 

Richard Walther 

Sekretariat 

Gabriele Koschmann 


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) 


Tatjana Gericke 



Fabian Etzold 3/2010 

Matthias Scholl 2/2009 

Arne Ewerbeck 6/2011 

Torsten Manthey 8/2011 

Thomas Niederprüm 11/2011 

Staatsexamensarbeiten 

Keine 


V. Guarrera, P. Würtz, A. Ewerbeck, A. Vogler, G. Barontini, and H. Ott 

"Observation of local temporal correlations in trapped quantum gases" 


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" 


P. Würtz , T. Gericke , A Vogler, and H. Ott 

"Ultracold atoms as a target: absolute scattering cross-section measurement" 


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) 


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 


ICOQUS-colloquium “Microscopic dissipative defects in ultracold quantum gases”, Wien 


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 


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. 


Dr. rer. nat. Bärbel Rethfeld Gruppenleiterin, 

Emmy Noether-Stipendiatin 

DFG (seit 05/2007) 


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 



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 


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 


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 



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 



Transient dynamics of the electronic subsystem of semiconductors irradiated with 

an ultrashort VUV laser pulse 


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 


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 


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 


13.) P. Sigmund, O. Osmani and A. Schinner 

Charge-exchange straggling in equilibrium 


14.) O. Osmani, N. Medvedev, M. Schleberger, B. Rethfeld 

Energy dissipation in dielectrics after swift heavy ion impact: a hybrid model 


15.) N. Medvedev, U. Zastrau, E. Föster, D.O. Gericke, B. Rethfeld 

Short-time electron dynamics in aluminium excited by femtosecond extreme 

ultraviolet radiation 


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 


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) 


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) 


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) 



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 


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. 


1 Beitrag: SFB-616 Collaborators Workshop, Papenburg, Deutschland, 17.-19. Mai 


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, 


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 


Prof. Dr. Hans Christian Schneider 


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. 


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 


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 


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) 


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) 



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 



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) 


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 


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 


Prof. Dr. Volker Schünemann 


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. 


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) 


Oliver Hahn 

Sekretariat 

Heike Buchinger 


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 


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 


Adam Janoschka Dezember 2010 



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


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



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 


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, 


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.- 


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, 


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 


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 


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 


Jun.-Prof. Dr. Jesko Sirker 


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



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 


Exzellenzgraduiertenschule MAINZ (Erstausstattung) 

SFB/TR 49: Teilprojekt A11 (seit Juli 2011) 

Thermodynamics and dynamics of one-dimensional quantum systems 


Während des Berichtzeitraums bestanden Kooperationen mit den folgenden auswärtigen 


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 



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, 


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, 


6. N. Sedlmayr, S. Eggert und J. Sirker, 

Electron scattering from domain walls in ferromagnetic Luttinger liquids, 


7. A. Herzog, A.M. Oles, P. Horsch und J. Sirker, 

Magnetic excitations in one-dimensional spin-orbital models, 


8. J. Sirker, R.G. Pereira und I. Affleck, 

Conservation laws, integrability and transport in one-dimensional quantum systems, 

148


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 


11. J. Sirker, 

Finite temperature fidelity susceptibility for one-dimensional quantum systems, 


12. J. Sirker, 

Thermodynamics of multiferroic spin chains, 


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) 


1. N. Sedlmayr, S. Eggert und J. Sirker, 

”Non-collinear ferromagnetic Luttinger liquids”, 


2. A. Herzog, P. Horsch, A.M. Oles und J. Sirker, 

Spin-wave theory for dimerized ferromagnetic chains, 


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: 


1. J. Sirker, DMRG Workshop, Peking, China, September 2010 

2. J. Sirker, Konferenz New Trends in Quantum Magnetism, Orsay, Frankreich, Juni 2010 

149


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 


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 


Prof. Dr. Herbert M. Urbassek 


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“. 



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 


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 



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



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 


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 


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 


H. M. Urbassek and Y. Rosandi. Insight from molecular dynamics simulation into 

ultrashort-pulse laser ablation. Proc. SPIE 7842, 784214–1 – 9 (2010). 


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. 


� 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. 


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. 


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 


Prof. Dr. Artur Widera (an der TU Kaiserslautern seit 10/2010) 


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. 



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 


Peter Bohnert 

Richard Walther 

Sekretariat 

Gabriele Koschmann 


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 


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



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 


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 


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 


7. Claudia Weber, Shincy John, Nicolas Spethmann, Dieter Meschede, Artur Widera 

SINGLE CS ATOMS AS COLLISIONAL PROBES IN A LARGE RB MAGNETO-OPTICAL TRAP 



Konferenzen 

1. A. Widera: Exploring Quantum Physics with Single Neutral Atoms. 

Single Atoms Symposium der Frühjahrstagung der DPG (Sektion AMOP), 

Hannover, März 2010 


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


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 


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 


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 


Prof. Dr. Christiane Ziegler 


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


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


Manfred Strack Land 

Christian Dautermann Land 

Sekretariat 

Silvia Christoffel 

Gastwissenschaftler 

Yaou Smets, Department of Physics, La Trobe University, Victoria, Australien 06/11- 

07/11 


(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 


(H. Gnaser) 

Dynamik von durch Ionenbeschuss erzeugten Nanostrukturen an Oberflächen. 


(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


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 


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



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 


10. Characterization of the Interface Interaction of Cobalt on Top of Copper- and Iron- 

Phthalocyanine 

F. Schmitt, J. Sauther, S. Lach, Ch. Ziegler 


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 


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 


169

Konferenzleitungen 

16. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik, IFOS, Kaiserslautern 

Wissenschaftliches Komitee: Ch. Ziegler 

Ortskomitee: S. Lach 


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), 


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 


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.) 



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. 


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. 



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



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) 



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


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 


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) 



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) 


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 


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. 


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 


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 


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 



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 


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. 


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

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

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?