Research Areas

Das Department of Physics and Materials Science (DPhyMS) besteht aus 4 Clustern mit insgesamt 14 Forschungslaboren.

 

Theorie und Materialsimulationen

Theoretische Chemische Physik

 

 

 

 

Die TCP Arbeitsgruppe entwickelt neuartige Methoden bei denen die Quantenmechanik auf große und komplexe System angewendet wird. Dies erfolgt durch eine Kombination von quantenmechanischen Grundprinzipien, Machine Learning und grobkörnigen statistischen Lösungsansätzen und der Entwicklung neuer mathematischer Methoden und Algorithmen.

Leitung der Arbeitsgruppe: Prof. Alexandre Tkatchenko

 

Theoretische Festkörperphysik

 

 

 

Die TSSP Arbeitsgruppe untersucht Licht-Materie Wechselwirkungen auf der mikroskopischen Skala. Wir entwickeln und benutzen fortgeschrittene theoretische und computerbasierte Methoden, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik basieren, um die Dynamik von elektronischen und atomaren Anregungen zu beschreiben. Dies erlaubt es uns verschiedenste optische Eigenschaften zu analysieren und vorherzusagen, wie z.B. Absorptions- Lumineszenz- und resonante Ramanspektren. In jüngster Zeit hat sich die Gruppe auf eine quantitative Beschreibung des Einflusses der Elektron- und Exziton-Phonon-Wechselwirkung auf diese spektroskopischen Eigenschaften konzentriert. Insbesondere wenden wir unsere Methoden auf 2D-Materialien und Halbleiter an, die für die Entwicklung von neuartigen opto-elektronischen Bauteilen interessant sind, wie z.B. Sensoren und Solarzellen.

Leitung der Arbeitsgruppe: Prof. Ludger Wirtz

 

Komplexe Systeme und Statistische Mechanik

 

 

 

Die CSSM Gruppe entwickelt statistische Methoden um die Dynamik komplexer Systeme im Nichtgleichgewichtszustand zu beschreiben. Dies beinhaltet quantenmechanische Systeme, biochemische Netzwerke und elektrische Schaltkreise. Dabei geht es vor allem um den Einfluss des Kompromises zwischen Energiedissipation, Reaktionsgeschwindigkeit, Genauigkeit und Präzision auf das Verhalten komplexer Systeme. Beispiele solcher Prozesse finden sich bei Energieumwandlungen, Informationsverarbeitung und Rechenprozessen.

Leitung der Arbeitsgruppe: Prof. Massimiliano Esposito

 

Theorie Mesokopischer Quantensysteme

 

 

 

 

Die TMQS Gruppe untersucht quantenmechanische Phänomene auf mesoskopischer Skala, insbesondere Nichtgleichgewichtstransport, topologische Materialien und niedrigdimensionale Systeme durch Anwendung analytischer und numerischer Methoden.

Leitung der Arbeitsgruppe: Prof. Thomas Schmidt

 

Physik der aktiven Materie

 

 

 

 

 

Die PAM-Gruppe untersucht die Physik aktiver Systeme, die aus selbstgetriebenen wechselwirkenden Teilen bestehen. Unser Ziel ist es, mittels minimaler theoretischer Modelle die wesentlichen Bestandteile zu erfassen, die die entstehende Dynamik bestimmen, und ein Verständnis der komplexen Phänomenologie aktiver Materie zu erhalten. Wir benutzen Hilfsmittel aus der statistischen Mechanik, der Hydrodynamik und der weichen Materie, mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Rolle von Fluktuationen im Nicht-Gleichgewicht.

Leitung der Arbeitsgruppe: Assistant Prof. Etienne Fodor

 

Weiche und lebende Materie

Physik der lebenden Materie

 

 

            

 

Die Arbeitsgruppe "Physik Lebender Materie" (PLM) untersucht LIFE: Living in Fluctuating Environment - das Leben in einer sich veränderlichen Umwelt. Wir folgen einem interdisziplinären Ansatz aus der Physik des Flusses (Materie und Information) und der Mathematik der Form (Geometrie, Ordnung und Topologie) um biologische Funktionen (Verhalten und Eigenschaften) mikrobiologischer Netzwerke zu erklären. Dabei nutzen wir Grundprinzipien des Verhaltens aktiver und weicher Materie, Strömungsmechanik sowie Modellierungen um zu verstehen, wie Mikroben (z.B. Bakterien, Archaea und Algen) sich an Veränderungen ihrer Umwelt anpassen.

Leitung der Arbeistgruppe: Assistant Prof. Anupam Sengupta

 

Experimentelle Physik weicher Materie

 

 

 

Die Arbeitsgruppe ESMP (Experimental Soft Mater Physics) untersucht mikro- und nanoskalige Selbstorganisation in Flüssigkristallen und Kolloiden und die dadurch hervorgerufenen Phänomene (meist optischer oder mechanischer Natur) auf makroskopischer Skala. Die Forschungsschwerpunkte reichen dabei von Grundlagenforschung bis hin zu interdisziplinären Anwendungen. Mit Hilfe von Elektrospinning und Mikrofluidik werden Tropfen, Hüllen und Zylinder hergestellt, um den Einfluss einer flexiblen und nicht ebenen Begrenzung zu untersuchen, wie sie oft bei Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten zu finden ist.

Leitung der Arbeistgruppe: Prof. Jan Lagerwall

 

Physik Neuartiger Materialien

 

 

 

 

Die Arbeitsgruppe LPM (Laboratory for the Physics of Advanced Materials) wendet makroskopische experimentelle Techniken zur Untersuchung von thermischen und mechanischen Materialeigenschaften an. Aktuelle Forschungsschwerpunkte beschäftigen sich mit Brillouinspektroskopie, Rheologie und ultraschneller Kalorimetrie von komplexen Flüssigkeiten, Polymeren und Verbundwerkstoffen.

Leitung der Arbeistgruppe: Dr. Jörg Baller                              

Crystals and Nanomaterials

 

 

 

 

Leitung der Arbeistgruppe: Dr. Giusy Scalia

 

Energy Materials & Halbleiter

Labor für Photovoltaik

 

 

                                                                                                   

 

Im Labor für Photovoltaik (LPV) erforschen wir weshalb reale Solarzellen ganz konktret nicht die Effizienz theoretischer Solarzellen erreichen. Wir stellen Halbleiter unter kontrollierten Bedingungen her und untersuchen z.B. die Lichtabsorption und den Verlust photogenerierter Elektronen mit modernen optoelektronischen Messmethoden, wie der Photolumineszenz. Die nächste Generation von Solarzellenm die auf Dünnfilm-Tandemzellen basiert, steht im Mittelpunkt. Wir tragen zur Verbesserung der Effizienz von Dünnschichtsolarzellen bei.

Leitung der Arbeitsgruppe: Prof. Susanne Siebentritt

 

Labor für Energiematerialien

 

 

 

 

Das Labor für Energiematerialen erforscht die physikalischen und chemischen Reaktionen während der Herstellung von Halbleitermaterialien um besser zur verstehen, wie die resultierenden optischen und elektronischen Eigenschaften kontrolliert werden können. Wir sind an umweltfreundlichen Methoden interessiert, deshalb untersuchen wir Halbleiter,  die keine kritischen oder giftigen Elemente enthalten. Ausserdem erforschen wir neue Synthesemethoden, die wenig Energie verbrauchen. Wir forschen an kleinen und halbtransparenten hoch-effizienten Solarzellen für die Integration in Gebäude.

Leitung der Arbeitsgruppe: Associate Prof. Phillip Dale

 

Rastersondenmikroskopie

 

 

 

 

Die Rastersondenmikroskopie ist eine ideale Methode zur Untersuchung von Materialeigenschaften auf atomarer Skala. In der Arbeitsgruppe werden technologisch relevante Halbleitermaterialen hergestellt und mittels Rastersondenmikroskopie und Lumineszenzspektroskopie untersucht. Verwendete Materialkombinationen sind vor allem Hybrid-Perovskite, Chalcopyrite und 2D Materialien. Ziel der Forschung ist es zu verstehen, wie Ober- und Grenzflächen gezielt verändert werden können um bestimmte Eigenschaften zu realisieren die die Wirkungsweise funktionaler Materialien (wie z.B. Solarzellen) verbessern.

Leitung der Arbeitsgruppe: Associate Prof. Alex Redinger

 

Spektroskopie an komplexen Materialien

Nanomagnetismus Gruppe

 

 

          

 

Die Forschung der Gruppe von Andreas Michels ist fokussiert auf die Methode der magnetischen Neutronenkleinwinkelstreuung. Mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen, theoretischen Berechnungen und mikromagnetischen Simulationen werden grundlegende Aspekte dieser Methode analysiert und weiterentwickelt. Die untersuchten Materialien umfassen beispielsweise Nd-Fe-B und Mn-Bi Magnete, Heusler-Legierungen, Nanokomposite, magnetische Nanopartikel und Stähle.

Leitung der Arbeitsgruppe: Associate Prof. Andreas Michels

 

Multifunktionale Ferroische Materialien

 

 

 

 

Die MFM Gruppe beschäftigt sich mit der experimentellen Untersuchung kristalliner Materie mittels den Methoden der Festkörperspektroskopie. Besondere Bedeutung haben neuartige Phasenübergänge, Anregungen, Kopplungsphänomene oder die aktive Beeinflussung von Materialeigenschaften.

Leitung der Arbeitsgruppe: Prof. Jens Kreisel und Assistant Prof. Maël Guennou

 

      Ultraschnelle Phänomene in fester Materie

 

 

 

Die UCMP Gruppe untersucht grundlegende Phänomene, die in Materie auf einer ultrakurzen Zeitskala ablaufen. Dafür werden innovative und ultraschnelle Systeme und Techniken entwickelt, mit dem Ziel, die Prozesse der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie auf mikroskopischer Ebene zu verstehen. Das grundlegende Verständnis und die Kontrolle dieser Prozesse und die sich daraus ergebenden Materialeigenschaften sind von großem technologischen Interesse.

Leitung der Arbeitsgruppe: Prof. Daniele Brida