Jan Lüning leitet HZB-Institut für Elektronische Struktur Dynamik
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Das zum 1. Mai neu gegründete HZB-Institut für Elektronische Struktur Dynamik entwickelt experimentelle Techniken und Infrastrukturen, um die Dynamik elementarer mikroskopischer Prozesse in neuartigen Materialsystemen zu untersuchen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lassen sich funktionale Materialien mit besonderen Eigenschaften für nachhaltige Technologien gezielt optimieren.
Prof. Dr. Jan Lüning ist ein international anerkannter Experte für die Forschung mit Synchrotronstrahlung. Vor seinem Wechsel an das HZB in 2018 war er Professor an der Sorbonne Universität in Paris und arbeitete am französischen Synchrotron SOLEIL.
Zum Institut gehören drei Fachgruppen: Die Gruppe um Dr. Ulrich Schade betreibt das Infrarot-Strahlrohr IRIS an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II und erforscht molekulare Prozesse in neuartigen funktionalen Materialien, die zum Beispiel die Umwandlung von Energie oder die katalytische Wasserspaltung ermöglichen.
Die Gruppe „Ultra-Kurzzeit Laser-Spektroskopie“ (Leitung Dr. Iain Wilkinson) arbeitet in den Laserlaboren ULLAS und LIDUX und untersucht die Dynamik von Reaktionen in wässrigen Lösungen und an wässrigen Grenzflächen auf ultra-kurzen Zeitskalen.
Die dritte Gruppe um Dr. Christian Schüssler-Langeheine und Dr. Niko Pontius betreibt die Femtoslicing-Facility an BESSY II und forscht an Materialien mit komplexen Phasenübergängen, die das Potential haben, elektronische und magnetische Bauteile kleiner, schneller und energieeffizienter zu machen.
Die Forschungsaktivitäten des Instituts sind in der Programmorientierten Förderung (POF IV) der Helmholtz-Gemeinschaft im Forschungsbereich Materie angesiedelt.
- Langzeit-Stabilität von Perowskit-Solarzellen deutlich gesteigertPerowskit-Solarzellen sind kostengünstig in der Herstellung und liefern viel Leistung pro Fläche. Allerdings sind sie bisher noch nicht stabil genug für den Langzeit-Einsatz. Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Prof. Dr. Antonio Abate durch eine neuartige Beschichtung der Grenzfläche zwischen Perowskitschicht und dem Top-Kontakt die Stabilität drastisch erhöht. Dabei stieg der Wirkungsgrad auf knapp 27 Prozent, was dem aktuellen state-of-the-art entspricht. Dieser hohe Wirkungsgrad nahm auch nach 1.200 Stunden im Dauerbetrieb nicht ab. An der Studie waren Forschungsteams aus China, Italien, der Schweiz und Deutschland beteiligt. Sie wurde in Nature Photonics veröffentlicht.
- Energie von Ladungsträgerpaaren in Kuprat-VerbindungenNoch immer ist die Hochtemperatursupraleitung nicht vollständig verstanden. Nun hat ein internationales Forschungsteam an BESSY II die Energie von Ladungsträgerpaaren in undotiertem La₂CuO₄ vermessen. Die Messungen zeigten, dass die Wechselwirkungsenergien in den potenziell supraleitenden Kupferoxid-Schichten deutlich geringer sind als in den isolierenden Lanthanoxid-Schichten. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung bei und könnten auch für die Erforschung anderer funktionaler Materialien relevant sein.
- Elektrokatalyse mit doppeltem Nutzen – ein ÜberblickHybride Elektrokatalysatoren können beispielsweise gleichzeitig grünen Wasserstoff und wertvolle organische Verbindungen produzieren. Dies verspricht wirtschaftlich rentable Anwendungen. Die komplexen katalytischen Reaktionen, die bei der Herstellung organischer Verbindungen ablaufen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Moderne Röntgenmethoden an Synchrotronquellen wie BESSY II ermöglichen es, Katalysatormaterialien und die an ihren Oberflächen ablaufenden Reaktionen in Echtzeit, in situ und unter realen Betriebsbedingungen zu analysieren. Dies liefert Erkenntnisse, die für eine gezielte Optimierung genutzt werden können. Ein Team hat nun in Nature Reviews Chemistry einen Überblick über den aktuellen Wissensstand veröffentlicht.