Institut für Materialphysik

Arbeitsgruppe Prof. Dr. Hartmut Bracht – Struktur-Eigenschaftsbeziehung funktionaler Materialien

Nanokristall aus Germanium in einer Schicht aus Siliziumdioxid auf einem Siliziumwafer. Diese Struktur ist für die Herstellung von nichtflüchtigen Speicherbauelementen geeignet. Die mit dieser Struktur verbundenen elektrischen und optischen Eigenschaften werden z. B. in der AG Bracht untersucht.

Die Erforschung der Struktur-Eigenschaftsbeziehung von funktionalen Materialien bildet den Schwerpunkt der wissenschaftlichen Arbeiten in der Arbeitsgruppe. Die Abbildung zeigt z. B. einen Germaniumnanokristall, der in einer Siliziumdioxidschicht eingebettet ist. Durch Anlegen einer äußeren Spannung kann dieser Nanokristall elektrisch geladen werden. Das Oxid zwischen Silizium und dem Nanokristall dient dabei als Tunneloxid. Die Speicherung von Ladung ist für die Entwicklung skalierbarer nichtflüchtiger Speicherbauelemente von grundlegender Bedeutung.

Ein weiteres Themenfeld der Arbeitsgruppe behandelt die Diffusion und Reaktion von Dotieratomen mit atomaren Eigendefekten in Halbleitern. Unsere Untersuchungen liefern Information über die Natur und die Ladungszustände der atomaren Defekte. Dieses Verständnis hilft geeignete Strategien für eine kontrollierte Dotierung zu finden, die für die Entwicklung zukünftiger Halbleiterbauelemente wichtig sind.

Weitere Forschungsaktivitäten behandeln die bislang im Detail unverstandenen Vorgänge des atomaren Mischens in Materialien, das durch Beschuss mit hochenergetischen Ionen (Implantation) und durch Rekristallisationsprozesse hervorgerufen wird. Für die Untersuchung dieser Prozesse werden modernste Methoden zur Tiefenprofilanalyse wie die Sekundärionen-Massenspektrometrie und die tomographische Atomsonde verwendet.

Weitere Arbeiten behandeln für eine moderne Volkswirtschaft bedeutende Themen wie den Korrosionsschutz von Stahl und neue Materialien für eine effiziente Energieumwandlung mit Hilfe thermoelektrischer Generatoren. Gegenstand dieser Arbeiten bilden Fragestellungen zum Einfluss von chemischen Aktivatoren auf die Zinkdiffusionsbeschichtung von Stahl und neue Strategien zur Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit von Halbleitern ohne die elektrischen Eigenschaften zu beeinflussen. Letzteres kann z. B. durch massenmodulierte Halbleiterschichtstrukturen realisiert werden. Solche isotopenmodulierte Halbleiterstrukturen bilden eine neue Klasse von Metamaterialien, die für thermoelektrische Anwendungen sehr interessant sind.

Meine Mitarbeiter und ich (bracht@uni-muenster.de) informieren Sie gerne auch in einem persönlichen Gespräch über aktuelle Bachelor- und Masterarbeiten.

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Arbeitsgruppe Prof. Dr. Carsten Busse – 2D-Materialien

Struktur von hexagonalem Bornitrid (hBN). Links: Atomar aufgelöste Abbildung mit dem Rastertunnelmikroskop (STM). Rechts: Berechnete Struktur.
© WWU/AG Busse

Spätestens seit der Verleihung des Physik-Nobelpreises 2010 für die Erforschung von Graphen (eine nur ein Atom dicke Kohlenstoffschicht) steht eine neue Stoffklasse im Zentrum zahlreicher Forschungsaktivitäten: Die Familie der ultradünnen, zweidimensionalen Materialien. Nach heutigem Kenntnisstand handelt es sich dabei um die dünnsten vorstellbaren Festkörper. Man findet hier Eigenschaften, die sich fundamental von denen von dreidimensionalen Materialien unterscheiden, was auch für Anwendungen, z. B. für Displays oder Solarzellen, sehr interessant ist.

In der Arbeitsgruppe stellen wir fortgeschrittene 2D-Materialien her (z. B. Bornitrid, siehe Abbildung) und charakterisieren sie mit Methoden der Oberflächenforschung, unter anderem mit Rastertunnelmikroskopie (STM) und stehenden Röntgenwellen (XSW).

Meine Mitarbeiter und ich (carsten.busse@uni-muenster.de) geben Ihnen gerne weiterführende Informationen, auch zu möglichen Themen für Bachelor- und Masterarbeiten.

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Arbeitsgruppe Prof. Dr. Gerhard Wilde – Nanostrukturierte Materialien & Materialien mit ungeordneten Strukturen

Obere Abbildung: Hochauflösungs-Transmissionskalorimetrische Aufnahme der atomaren Struktur von Defekten (drei „spezielle“ Korngrenzen die in einer Tripellinie zusammenkommen) in einem nanokristallinen Korn. Die Tripellinie (in der Projektion als Tripelpunkt zu sehen) ist durch die umlaufende weiße Linie gekennzeichnet. Untere Abbildung: Die gleiche Struktur, hier stellen die Farben jedoch Abweichungen von den theoretischen Gitterpositionen der Atomsäulen dar. Starke Farbänderungen entsprechen also starken Verzerrungen auf atomarer Skala. Durch Vergleich mit molekulardynamischen Simulationen und der Berechnung von Hochauflösungs-Aufnahmen auf der Basis der Simulationsergebnisse konnte hier erstmalig die Struktur eines derartigen Tripellinien-Defektes konsistent beschrieben werden. Diese Art Defekte und auch die speziellen Defektkonfigurationen entlang der Korngrenzen werden im Rahmen der Stabilität und der mechanischen Eigenschaften von Nanomaterialien diskutiert.

Wir arbeiten im Bereich Forschung und Lehre auf dem Gebiet der Materialphysik mit einem ausgeprägten Fokus auf nanostrukturierten Materialien und Materialien mit ungeordneten Strukturen.

Unsere Themen sind durchgängig im Bereich der materialphysikalischen Grundlagenforschung angesiedelt und adressieren die Zusammenhänge zwischen der atomaren Struktur und insbesondere den Abweichungen von der kristallinen Ordnung und den resultierenden makroskopischen Materialeigenschaften. Dazu nutzen wir verschiedene Charakterisierungsverfahren wie beispielsweise hochauflösende Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie, Diffusionsuntersuchungen, thermische Analyse und Kalorimetrie, Magnetometrie, Rasterkraft-Mikroskopie oder verschiedene Verfahren zur Messung mechanischer Eigenschaften. Dabei sind zurzeit folgende Themengebiete im Fokus unserer Forschung:

  • Oberflächen-Nanostrukturierung
  • Korngrenzendiffusion
  • Nanoplastiztät
  • Größenabhängige Thermodynamik
  • Metallische Gläser

Kurzbeschreibungen zu diesen Themengebieten

Generell besteht jede Bachelorarbeit (genauso wie natürlich jede Master- und Doktorarbeit) aus einer eigenen Aufgabenstellung welche sich an dem heutigen Stand der Forschung orientiert und wissenschaftliches Neuland darstellt. Aufgrund der zeitlichen Beschränkung bei Bachelorarbeiten ist eine enge Betreuung und die Wahl überschaubarer Themenbereiche naturgemäß notwendig. Daher werden Bachelorarbeiten im Bereich einer existierenden Doktorarbeit angelegt und von dem jeweiligen Doktoranden oder der Doktorandin intensiv mitbetreut. Neben der direkten Kommunikation werden die neuesten Ergebnisse aber auch auftauchende Probleme etc. während der im Semester wöchentlich stattfindenden Gruppenbesprechungen diskutiert. Das Ziel jeder Bachelorarbeit ist die Generierung neuer Erkenntnisse, welche im Rahmen einer Koautorenschaft in Publikationen in internationalen und referierten Fachzeitschriften einfließen sollen.

Weitere und natürlich weitaus vertiefte Informationen können Sie direkt bei mir (gwilde@uni-muenster.de) oder bei meinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern erhalten. Kontaktinformationen finden Sie auf unserer Homepage. Wir freuen uns immer auf ein persönliches Gespräch mit Ihnen.

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