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.
- Imaging-Ellipsometrie für die Prozesskontrolle in DünnschichtbauelementenEin deutsch-israelisches Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Andreas Furchner hat gezeigt, wie Imaging-Ellipsometrie die zerstörungsfreie Charakterisierung und Qualitätskontrolle mikrostrukturierter MXene-Dünnschichten während der Bauelementherstellung ermöglicht. Die Autoren nutzten zwei komplementäre ellipsometrische Ansätze für einen präzisen, skalenübergreifenden Zugang zu Materialeigenschaften. Die Arbeit etabliert Imaging-Ellipsometrie als leistungsfähige Methode zur Überwachung von Schichthomogenität, Bauelementintegrität und Funktionalität entlang des Herstellungsprozesses, einschließlich lithografischer Schritte. Die Studie wurde in Applied Physics Letters veröffentlicht und als „Editor’s Pick“ ausgewählt.
- 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.