Institut für Angewandte Physik

Den Forschungsschwerpunkt des Instituts bildet die Anwendung von Wellenphänomenen in der Informations- und Messtechnik. Durch gezielte Nutzung nichtlinearer Effekte werden im Institut neue zukunftsrelevante Perspektiven in der Anwendung der Photonik und Magnonik erarbeitet. Hierzu gehören bspw. neuartige Verfahren für magnetische und optische Datenspeicher sowie für die optische Datenverarbeitung, neue Mikroskopie-Verfahren zur Beobachtung von Zellen und zur Manipulation von Nanopartikeln als auch neue Anwendungen in der Laserphysik und Nanophotonik. Die konkreten Arbeiten unseres experimentell ausgerichteten Instituts beinhalten Grundlagen und Anwendungen.

Die Schwerpunkte der Lehre liegen in den Wahlpflichtmodulen Photonik & Magnonik und Nichtlineare Physik, letzteres in Zusammenarbeit mit dem Institut für Theoretische Physik. Es können zugehörige einführende Vorlesungen in die Nichtlineare Physik bzw.in die Photonik, verschiedene Spezialvorlesungen, Seminare und Wahlpraktika belegt werden. Unser Institut legt dabei besonderen Wert auf eine individuelle Betreuung und Praktika, die an die aktuelle Forschung angelehnt sind.

Auf Grund unserer Kooperationen mit externen Partnern aus Forschung und Industrie können wir bei Interesse außeruniversitäre Kontakte für Industriepraktika, Auslandsaufenthalte oder Abschlussarbeiten vermitteln.

Studierende, welche die Arbeitsweise des Instituts kennen lernen wollen, bevor sie sich für eine Examens-, Bachelor-, oder Masterarbeit entscheiden, können im Rahmen von Mini-Forschungsprojekten oder des Studentenclubs für Optische Technologien (SCOTT) erste Forschungsluft schnuppern und gleichzeitig Kreditpunkte für das weitere Studium erwerben. Gerne können Sie sich auch bei den Professor/inn/en des Instituts ausführlich informieren oder an einer unserer Laborführungen teilnehmen. Wir freuen uns auf Ihren Besuch!

Arbeitsgruppe Prof. Dr. Sergej Demokritov – Spintronik und Magnonik

Ilustration Demokritov

Elektronen besitzen nicht nur eine Ladung, sondern auch einen Eigendrehimpuls, den Spin. Durch Nutzbarmachung des Spin-Freiheitsgrads erhofft man sich, neue Funktionalitäten für die Entwicklung einer neuen „Elektronik“, d. h. Spintronik zu gewinnen. Spin kann durch Elektronen und auch durch magnetische Anregungen, den Spinwellen mit ihren Quanten, den Magnonen transportiert werden. Mit Magnonik bezeichnet man Phänomene, die verschiedene Eigenschaften von Magnonen beschreiben. Die Gruppe beschäftigt sich mit der physikalischen Grundlagenforschung zum Einsatz von Magnonen für Datenübertragungs- und Verarbeitungszwecke.

Man kann drei Schwerpunkte unseres Forschungsprogramms nennen: Spinwellenausbreitung in magnetischen Nanostrukturen, nichtlineare Phänomene und Quantenthermodynamik von magnetischen Systemen. Als Hauptforschungsmethode haben wir die Brillouin-Lichtstreuspektroskopie mit hoher Orts- und Zeitauflösung entwickelt. Damit wird die magnetische Dynamik mit Hilfe von Licht untersucht. Deshalb sind Studentinnen und Studenten, die sich für Optik und/oder Magnetismus interessieren, bei uns herzlich willkommen.

Magnetismus in Nanostrukturen. Unsere Forschung an magnetischen Nanostrukturen liefert wichtige Informationen über die Dynamik von Bits, die die Basis für magnetische Datenspeicher bilden. Durch die Forschung werden neue Wege für noch schnellere und kompakte Speicher gesucht. Derzeit studieren wir spintronische und magnonische Effekte in magnetischen Nanomedien.

Nichtlineare magnetische Phänomene. Wir forschen an magnetischen Wellen, die bei genügend starker Anregung solitonenartige Wellenpulse bilden können. Das Besondere an den Experimenten ist, dass nichtlineare Phänomene in magnetischen Nano-strukturen beobachtet werden. Damit befindet sich unsere Forschung an der Schnittstelle zwischen der Nichtlinearen Physik und der Nanophysik.

Magnetische Quantenthermodynamik. Die so genannte Bose-Einstein-Kondensation beschreibt einen neuartigen Zustand von Materie, bei dem alle Atome ihre Eigenständigkeit verlieren und unisono - wie ein einzelnes Quantenobjekt - im Gleichtakt schwingen. Bisher ist die Bose-Einstein Kondensation von Atomen nur bei sehr kleinen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gelungen. Allerdings können nicht nur Atome diese Kondensation zeigen. Magnonengase sind Atomgasen sehr ähnlich und existieren bereits bei Raumtemperatur. Unserer Gruppe ist gelungen, ein Bose-Einstein-Kondensat aus Magnonen zu erzeugen und zu beobachten.

Für diejenigen, die sich für Optik, Nanophysik und Magnetismus interessieren, bieten wir die Möglichkeit schon ziemlich früh (ab dem 4. Semester, sog. Mini-Forschung) im Labor zu arbeiten und kleine, aber eigene Experimente zu realisieren.

Wie die anderen Arbeitsgruppen im Institut bieten wir Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten in den Wahlpflichtfächern Nichtlineare Physik (NLP) und Photonik und Magnonik (PM) an. Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe und ausgeschriebene Master- und Diplomarbeitsthemen der Gruppe.

Arbeitsgruppe Prof. Dr. Cornelia Denz – Nichtlineare Photonik

Ilustration Denz 1

Die Photonik gilt als eines der zukunftsträchtigsten Gebiete zur Informationsübertragung. Optische Technologien werden inzwischen in vielen Bereichen der Alltagstechnik eingesetzt. Die Vision, vollständig optische Informationsübertragungssysteme zu realisieren, verlangt die Kontrolle von Licht in all seinen Eigenschaften. Dazu sind nichtlineare optische Effekte von großer Bedeutung. Unsere Arbeitsgruppe hat sich daher zum Ziel gesetzt, das Anwendungspotential der nichtlinearen Optik im Hinblick auf die Herausforderungen der Informationsgesellschaft von morgen zu nutzen. Dazu untersuchen wir in den Gebieten Nanophotonik und Biophotonik neue nichtlineare optische Materialien, Verfahren der Lichtmanipulation, Datenleitung und -speicherung, neue photonische Elemente und grundlegende nichtlineare Phänomene in der Optik.

Zu unseren aktuellen Forschungsthemen gehört einerseits die Realisierung optischer Hochleistungsfilter und Bauelemente für die Datenübertragung, die wir mit ultrakurzen Laserpulsen in nichtlinearen Materialien herstellen. Damit kann Licht sogar verlangsamt werden – „slow light“ ist eine neue Form der Datenpufferung. Andererseits beschäftigen wir uns mit der Realisierung von neuartigen optischen Bauelementen durch Strukturierung von Material mit Licht. Ein daraus entstehender optischer Baustein, der durch den Einfluss von Licht selbst Lichtstrahlen schalten kann - ein sogenannter photonischer Kristall - ist eine der großen Herausforderungen der Nanophysik. Die Entwicklung neuer Verfahren der Mikroskopie und optischen Manipulation mit Hilfe von sogenannten optischen, meist holographischen Pinzetten für biomedizinische Anwendungen ist ebenfalls ein Schwerpunktthema. Bei diesen Anwendungen spielen organische Materialien eine wichtige Rolle, die wir ebenfalls entwickeln.

In all diesen Themengebieten bieten wir für jede Studiensituation attraktive Angebote: fortgeschrittene Studierende des Bachelor-Studiums haben im Rahmen von Mini-Forschungsprojekten Gelegenheit, an einer kleineren Forschungsaufgabe mit zu arbeiten und unser Team kennen zu lernen. Auch Hilfskraftstellen werden angeboten. Wir bieten zudem kontinuierlich Bachelor- und Masterarbeiten in den Modulen Nichtlineare Physik und Photonik & Magnonik an. In der Nichtlinearen Physik bieten wir gemeinsam mit der Theorie und in unserer AG Arbeiten mit theoretisch-numerischem Schwerpunkt an. Beispiele für aktuell ausgeschriebene Arbeiten sind: „Laserstrahlinduzierte Gitter für die Telekommunikation“, „Nichtlineare Mikroskopie auf der Basis von Frequenzkonversion“, „Wirbel (Vortices) in photonischen Gittern“, „Polymerkomposite für organische Solarzellen“, oder „Polarisationsabhängige optische Pinzetten für die Organisation von Nanopartikeln“. Die Arbeitsgruppe betreibt zudem das Experimentierlabor MExLab Physik, in dem Forschungsthemen für Schüler/innen in Hands-On Experimenten und Workshops angeboten und neu erarbeitet werden. Hier vergeben wir 2-Fach-Bachelor-Arbeiten sowie Hilfskrafttätigkeiten. Wer mehr erfahren möchte, kann sich unter www.uni-muenster.de/Physik.AP/Denz/ weiter informieren oder einfach bei uns im Institut für Angewandte Physik bei Cornelia Denz (Raum AP 107) oder Jörg Imbrock (Raum AP 109) vorbeikommen. Auch per e-mail sind wir jederzeit zu erreichen (denz@uni-muenster.de; imbrock@uni-muenster.de).
Die ausgeschriebenen Abschlussarbeiten finden Sie hier: www.uni-muenster.de/Physik.AP/Denz/Studieren/Studienarbeiten/abschlussarbeiten_angebote.html

Ilustration Denz 2

Arbeitsgruppe Prof. Dr. Carsten Fallnich – Optische Technologien

Ilustration Fallnich

Die AG Fallnich (www.optische-technologien.org) forscht auf den Gebieten Faseroptik und Laser- sowie Ultrakurzzeitphysik für messtechnische Grundlagen und Anwendungen in den Material- und Lebenswissenschaften. Zu allen folgenden Arbeitsgebieten werden Abschlussarbeiten vergeben, die in aktuelle Projekte eingebunden sind, so dass Sie direkt am Fortschritt der wissenschaftlich-technischen Arbeiten beteiligt werden. Um das für Sie passende Thema zu finden bzw. zu definieren, empfehlen wir ein persönliches Gespräch mit den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Arbeitsgruppe neben den Informationen der Internetseite www.uni-muenster.de/Physik.AP/Fallnich/Studium/Themen.html mit aktuellen Themenvorschlägen. Sprechen Sie uns direkt an, oder vereinbaren Sie einen Termin unter fallnich@wwu.de bzw. (0251) 83-36160.

Forschungsthemen der AG Optische Technologen:

  • Streuende Medien und random lasing: Nichtlineare Phänomene in ungeordneten und periodischen Medien, z.B. Untersuchungen zur Lichtpropagation in laseraktiven streuenden Suspensionen.
  • Ultrakurze Lichtimpulse: Erzeugung, Formung, Synchronisierung und Nachverstärkung ultrakurzer Lichtimpulse in laseraktiven und nichtlinearen mikrostrukturierten Glasfasern.
  • Superkontinuumserzeugung: Kontrolle der spektralen Verbreiterung und der Rauscheigenschaften von ultrakurzen Lichtimpulsen mittels linearer und nichtlinearer Effekte in mikrostrukturierten Glasfasern.
  • Nichtlineare Mikroskopie: Multimodale mikroskopische Aufnahmen mit räumlicher Auflösung unterhalb der Beugungsgrenze, z.B. für chemisch-selektive in-vivo Analysen von Zellen bzw. präzise Strukturierung von Polymeren.

Nachwuchsforschergruppe Dr. Wolfgang Horn – Nonlinear Optical Lithography

Illustration Horn 1
Illustration Horn 2

Der Arbeitsschwerpunkt der AG ist die strukturierung von Photopolymeren durch Femtosekundenlaserpulse. Femtosekunden-Laserlithografie in organischen Materialien ermöglicht die Herstellung von Mikro- und Nanometerstrukturen in drei Dimensionen. Im allgemeinen Fall wird eine primäre Laserwellenlänge verwendet, bei der Fotolack (Monomer), transparent ist. Erst bei genügend hoher Intensität der stark fokussierten ultrakurzen Laserpulse findet eine Polymerisation durch Mehrphotonenabsorption statt. Durch Ausnutzen dieses Schwellenprozesses kann die Größe des Volumenpixels durch die Pumpintensität skaliert werden. Präzise Translation des Fotolacks relativ zum Laserfokus ermöglicht anschließend die Fabrikation von dreidimensionale, zum Teil freitragende Strukturen mit Linienbreiten im Bereich von 100 nm.

Anwendungen der dreidimensionalen Femtosekunden-Laserlithografie sind z.B. die Herstellung von photonischen Kristallen, Metamaterialien, diffraktiven/integrierten mikrooptischen Komponenten, Lab-on-a-Chip Systemen oder auch von extrazellulären Matrizen für Zellwachstums- und Zellmigrationsstudien. Die direkte Modifikation von optischen Materialien durch Ultrakurzpulslaser ist bisher das einzige Verfahren, welches eine großflächige Strukturierung in allen drei Dimensionen zulässt und ist somit eines der vielversprechendsten Strukturierungsverfahren für „rapid prototyping“ in der Photonik.

Die Durchführung von Bachelor- sowie Masterarbeiten ist jederzeit möglich. Bei Interesse wenden Sie sich bitte wolfgang.horn@wwu.de.