Universität Bielefeld und HZB kooperieren zu Nanoschichten und komplexen Materialien
Anke Kaysser-Pyzalla, Thomas Frederking, Gerhard Sagerer und Stephan Becker (v. l.) unterzeichnen den Kooperationsvertrag.Foto: Universität Bielefeld
Im Februar 2015 haben Uni-Rektor Professor Dr.-Ing. Gerhard Sagerer, Uni-Kanzler Dr. Stephan Becker und die Geschäftsführer des HZB, Professorin Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla und Thomas Frederking eine Vereinbarung über die Zusammenarbeit unterschrieben. Darin heißt es: „Die Kooperation soll zur Steigerung der wissenschaftlichen Exzellenz der Partner und zur Entwicklung regionaler Kompetenznetzwerke in Forschung, Lehre und Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses beitragen.“
Die HZB-Spitze besuchte im Februar die Universität Bielefeld, speziell die Laborräume für Helium-Ionen-Mikroskopie, für die Herstellung ultradünner Schichtsysteme sowie für Kleinwinkelröntgenstreuung und Polymer-Charakterisierung. Außerdem wurde der neue Ersatzneubau für die Experimentalphysik besichtigt. In Gesprächen mit dem Physiker Professor Dr. Günter Reiss, Arbeitsgruppe Dünne Schichten & Physik der Nanostrukturen, und dem Chemiker Professor Dr. Thomas Hellweg, Arbeitsgruppe Physikalische und Biophysikalische Chemie, wurden konkrete Inhalte der weiteren Zusammenarbeit ausgelotet: Geräte und Einrichtungen sollen gemeinsam genutzt werden, Wissenschaftliche Beschäftige des HZB sollen an der Universität lehren können und Professuren sollen gemeinsam berufen werden. Dafür legt die Vereinbarung den Grundstein.
Zusammenarbeit seit 2013
Die beiden Institutionen arbeiten bereits seit 2013 zusammen: Im DFG- geförderten Schwerpunktprogramm „Topologische Isolatoren“ erforschen Physikerinnen und Physiker der Universität Bielefeld und des HZB Materialien mit neuen Quanteneigenschaften für künftige Elektronik-Bauelemente. Die Bielefelder Chemie kooperiert darüber hinaus in einem vom BMBF geförderten Verbundforschungsvorhaben mit dem HZB: Gemeinsam sollen neue experimentelle Möglichkeiten zur Untersuchung von Nanomaterialien entwickelt werden.
Schwerpunkte an der Uni Bielefeld
Die Universität Bielefeld hat sich in ihrem Profilschwerpunkt Molekular- und Nanowissenschaften an den Schnittstellen zwischen Physik, Chemie, Biologie und Bioinformatik national und international sichtbar positioniert. Die aktuellen Forschungsschwerpunkte reichen von der Physik und Chemie molekularer Einzelprozesse in organischen Systemen über Nanoschichten und Nanopartikel bis hin zur Erforschung bakterieller, pflanzlicher und tierischer Zellen.
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.