Oberflächen nach Maß
NextGenerationLab@IOM: Intelligente schaltbare Oberflächen
Funktionale Oberflächen für neuartige Datenspeicherung und -verarbeitung
Die Forschergruppe entwickelt schaltbare Oberflächen mit gezielt einstellbaren elektronischen, elektrochemischen, photochemischen und magnetischen Eigenschaften. Ziel ist es, Materialien zu schaffen, deren Funktionen aktiv gesteuert und für zukünftige Technologien nutzbar gemacht werden können.
Dabei wird die gesamte Bandbreite von der Entwicklung molekularer Bausteine über deren Integration in funktionale Materialien und Oberflächen bis hin zur Realisierung von Bauelementen und Sensorsystemen abgedeckt. So entstehen neue Ansätze für Informationsverarbeitung, Datenspeicherung und digitale Sensorik.
Forschungsteam
Wissenschaftliche Mitarbeiter*innen / PostDocs
- Dr. Marco Moors
- Dr. Stanislav Petrovskii
- Dr. Alina Petrovskaia
- Dr. Benedikt Bagemihl
Doktoranden
- Jonas Lorenz
- Eric Vogelsberg
Alumni
- Dr. Sebastian Schmitz
- Dr. Irina Werner
- Dr. Fangshun Yang
- Dr. Maria Glöß
Entwicklung schaltbarer Oberflächen und Materialien
- Gestaltung metallischer, dielektrischer und halbleitender Oberflächen
- Aufbau präziser anorganisch-organischer Molekülarchitekturen
- Entwicklung von Strukturen von Einzelmolekülen bis zu komplexen Netzwerken
- Gezielte Einstellung funktionaler Eigenschaften auf molekularer Ebene
Neue Funktionen durch molekulare Architektur
Elektronische, magnetische und photochemische Effekte
- Realisierung elektronischer und elektrochemischer Funktionen
- Entwicklung magnetisch und photochemisch schaltbarer Systeme
- Nutzung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für gezielte Funktionalität
- Kombination verschiedener physikalischer Effekte in einem Materialsystem
Anwendungen in Computing und digitaler Sensorik
Technologien für zukünftige Informationssysteme
- Materialien für neuromorphe und quantenbasierte Informationsverarbeitung
- Entwicklung neuer Ansätze für Datenspeicherung und Logiksysteme
- Funktionale Oberflächen für digitale Sensorik und intelligente Systeme
- Beitrag zu zukünftigen Technologien jenseits klassischer Halbleiteransätze
Beitrag zu zukünftigen Informationstechnologien
Neue Computing-Paradigmen und Materialsysteme
- Verbindung von Materialdesign, Physik und Informationsverarbeitung
- Entwicklung von schaltbaren und adaptiven Materialsystemen
- Grundlage für neue Computing-Paradigmen
- Beitrag zur Erforschung von Technologien der nächsten Generation
Entwicklung schaltbarer Oberflächen und Materialien
- Gestaltung metallischer, dielektrischer und halbleitender Oberflächen
- Aufbau präziser anorganisch-organischer Molekülarchitekturen
- Entwicklung von Strukturen von Einzelmolekülen bis zu komplexen Netzwerken
- Gezielte Einstellung funktionaler Eigenschaften auf molekularer Ebene
Forschungsthemen im Überblick
Molekulare Metallkomplexe und Cluster
Molekulare Bausteine für schaltbare Funktionen auf Oberflächen.
Strukturierte Hybridschichten und niedrigdimensionale Verbundwerkstoffe
Molekülbasierte Dünnschichten für funktionale Materialien und elektronische Anwendungen.
Rastersondenmikroskopie molekularer und hybrider Systeme auf Oberflächen
Schaltprozesse und elektronische Eigenschaften auf sub-molekularer Ebene sichtbar machen.
Design und Prototyping molekularer Funktionsbauelemente und Sensoren
Von funktionalen Materialien zu Bauelementen für Sensorik und Computing.
Ausgewähltes Forschungsbeispiel
Molekulare Multilevel-Schalter für neuromorphes Computing
Polyoxometallat-funtionalisierte 2D-Materialschichten für energieeffiziente Datenspeicherung
Konventionelle Halbleiterarchitekturen stoßen zunehmend an physikalische Grenzen, insbesondere bei Energieeffizienz, Miniaturisierung und der gezielten lokalen Adressierung von Schaltprozessen. Neue Materialansätze sind erforderlich, um zukünftige Computing-Technologien zu ermöglichen.
Im NextGenerationLab@IOM werden dafür neuartige Oberflächen auf Basis redoxaktiver Polyoxometallate (POMs) entwickelt. Diese molekularen Oxidcluster werden gezielt auf zweidimensionale (2D) Materialien abgeschieden und fungieren dort als nanoskalige, multistabile Schaltelemente.
Die Kombination aus kontrollierter Adsorption, elektrischer Kontaktierung und hochauflösender Rastersondenmikroskopie ermöglicht es, lokale Schaltprozesse gezielt anzusteuern und ihre physikalischen Mechanismen zu verstehen. Ergänzend werden die elektronischen Eigenschaften simulationsgestützt analysiert.
Ergebnis:
- stabile Multilevel-Schaltzustände auf der Nanoskala
- lokal adressierbare elektronische Funktionalität
- neue Materialansätze für neuromorphe und energieeffiziente Computing-Systeme
