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.
- BESSY II: Phosphorketten – ein 1D-Material mit 1D elektronischen EigenschaftenErstmals ist es einem Team an BESSY II gelungen, experimentell eindimensionale elektronische Eigenschaften in einem Material nachzuweisen. Die Proben bestanden aus kurzen Ketten aus Phosphoratomen, die sich auf einem Silbersubstrat selbst organisiert in bestimmten Winkeln bilden. Durch eine raffinierte Auswertung gelang es, die Beiträge von unterschiedlich ausgerichteten Ketten voneinander zu trennen und zu zeigen, dass die elektronischen Eigenschaften tatsächlich einen eindimensionalen Charakter besitzen. Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass ein spannender Phasenübergang zu erwarten ist. Während das Material aus einzelnen Ketten halbleitend ist, wäre eine sehr dichte Kettenstruktur metallisch.
- Ein innerer Kompass für Meereslebewesen im PaläozänVor Jahrmillionen produzierten einige Meeresorganismen mysteriöse Magnetpartikel von ungewöhnlicher Größe, die heute als Fossilien in Sedimenten zu finden sind. Nun ist es einem internationalen Team gelungen, die magnetischen Domänen auf einem dieser „Riesenmagnetfossilien” mit einer raffinierten Methode an der Diamond-Röntgenquelle zu kartieren. Ihre Analyse zeigt, dass diese Partikel es den Organismen ermöglicht haben könnten, winzige Schwankungen sowohl in der Richtung als auch in der Intensität des Erdmagnetfelds wahrzunehmen. Dadurch konnten sie sich verorten und über den Ozean navigieren. Die neue Methode eignet sich auch, um zu testen, ob bestimmte Eisenoxidpartikel in Marsproben tatsächlich biogenen Ursprungs sind.
- Was vibrierende Moleküle über die Zellbiologie verratenMit Infrarot-Vibrationsspektroskopie an BESSY II lassen sich hochaufgelöste Karten von Molekülen in lebenden Zellen und Zellorganellen in ihrer natürlichen wässrigen Umgebung erstellen, zeigt eine neue Studie von einem Team aus HZB und Humboldt-Universität zu Berlin. Die Nano-IR-Spektroskopie mit SNOM an der IRIS-Beamline eignet sich, um winzige biologische Proben zu untersuchen und Infrarotbilder der Molekülschwingungen mit Nanometer-Auflösung zu erzeugen. Es ist sogar möglich, 3D-Informationen, also Infrarot-Tomogramme, aufzuzeichnen. Um das Verfahren zu testen, hat das Team Fibroblasten auf einer hochtransparenten SiC-Membran gezüchtet und in vivo untersucht. Die Methode ermöglicht neue Einblicke in die Zellbiologie.