Forschung am IOM
Materialien gezielt gestalten – von der Oberfläche zur Anwendung
Die wissenschaftlichen Forschungsbereiche und Querschnittseinheiten bilden das organisatorische und technologische Rückgrat des IOM.
Die Struktur folgt einem klaren Prinzip: Spezialisierte Forschungsbereiche treiben die Entwicklung neuer Materialien und Oberflächen voran, während gemeinsam genutzte Methodenplattformen, Infrastrukturen und Modellierungsansätze den interdisziplinären Austausch ermöglichen.
So verbindet das IOM fachliche Tiefe mit technologischer Breite von der atomaren Struktur bis zur industriellen Anwendung.
Forschungsbereiche
Ultra-Präzisionsoberflächen
Nanometergenaue Formgebung für Optik, Photonik und Mikroelektronik
In diesem Forschungsbereich entwickelt das IOM Verfahren zur ultrapräzisen Bearbeitung und Strukturierung von Oberflächen – mit Genauigkeiten bis in den Sub-Nanometerbereich.
Zum Einsatz kommen unter anderem Ionenstrahl-, Plasmajet- und laserbasierte Prozesse, die einen lokal kontrollierten Materialabtrag ermöglichen. Diese Technologien sind entscheidend für Anwendungen, bei denen kleinste Abweichungen die Funktion bestimmen – etwa in der Halbleiterlithographie, in Hochleistungsoptiken oder in der Weltraumoptik.
Aktuelle Arbeiten tragen beispielsweise zur Herstellung von EUV-Optiken für die nächste Generation von Mikrochips bei oder ermöglichen neue optische Komponenten für multispektrale Bildgebung.
Barriere- und Präzisionsschichten
Funktionale Dünnschichten für Schutz, Effizienz und Sicherheit
Der Forschungsbereich entwickelt funktionale Dünnschichten mithilfe plasma- und strahlassistierter Verfahren, auch für temperaturempfindliche Materialien.
Ein Schwerpunkt liegt auf hochwirksamen Gasbarriereschichten, die das Eindringen von Sauerstoff, Wasserstoff oder anderen Gasen verhindern. Solche Schichten sind entscheidend für die Lebensdauer und Sicherheit technischer Systeme, etwa in der Elektronik, bei Energiespeichern oder in wasserstoffbasierten Anwendungen.
Die entwickelten Prozesse werden systematisch in Richtung industrieller Nutzung weiterentwickelt und gemeinsam mit Partnern in skalierbare Technologien überführt.
Biokompatible und bioaktive Oberflächen
Funktionale Materialien für Medizin, Diagnostik und Bioanalytik
Dieser Forschungsbereich entwickelt Oberflächen und Materialien, die gezielt mit biologischen Systemen interagieren.
Die Arbeiten reichen von biomimetischen Materialien über magnetisch schaltbare Systeme bis hin zu nanoporösen Strukturen und mikrofluidischen Komponenten. Dadurch entstehen Oberflächen, die Zellverhalten steuern, biomolekulare Prozesse kontrollieren oder hochsensitive Analytik ermöglichen.
Ein zentrales Element ist die enge Verzahnung von Experiment und Modellierung, um Prozesse vom molekularen Mechanismus bis zur Anwendung zu verstehen und gezielt nutzbar zu machen.
Oberflächen poröser Membranfilter
Nachhaltige Membrantechnologien für Wasser und Ressourcen
Der Forschungsbereich entwickelt polymerbasierte Membranen für die Wasseraufbereitung und trägt damit zu nachhaltiger Infrastruktur und Ressourcenschutz bei.
Im Fokus stehen Verfahren zur Entfernung von Mikroschadstoffen, Spurenstoffen und Mikroplastik sowie die Integration solcher Membranen in Membran-Bioreaktoren.
Durch gezielte Oberflächenmodifikation – etwa mittels Elektronenstrahltechnologie – werden Trenneigenschaften und Stabilität verbessert. Die Entwicklung erfolgt vom Labormaßstab bis hin zu pilotnahen Anwendungen in enger Zusammenarbeit mit Industrie- und Forschungspartnern.
NextGenerationLab@IOM
Funktionale Oberflächen für zukünftige Informations- und Sensortechnologien
Der Forschungsbereich entwickelt Oberflächen, deren Eigenschaften sich gezielt und reversibel verändern lassen. Grundlage sind präzise kontrollierte molekulare Architekturen, die neue elektronische, magnetische und photochemische Funktionen ermöglichen.
Ziel ist der Einsatz solcher Systeme in zukünftigen Informationstechnologien – etwa für neuromorphe oder quantenbasierte Ansätze – sowie in der digitalen Sensorik.
Ergänzend wird im JointLab zur massenselektiven Ionendeposition eine Methode entwickelt, mit der funktionale Dünnschichten mit bislang unerreichter struktureller Kontrolle hergestellt werden können.
Querschnittseinheiten
Modellierung und Simulation
Prozesse verstehen und Entwicklung beschleunigen
Modellierung und Simulation ermöglichen es, chemisch-physikalische Prozesse auf Oberflächen auf atomarer Ebene zu verstehen und gezielt zu steuern.
Durch den Einsatz datengetriebener Methoden und Künstlicher Intelligenz lassen sich Prozesse effizient analysieren, Unsicherheiten quantifizieren und belastbare Vorhersagen treffen.
Im Rahmen des „Digital Surface Engineering“ wird dieser Bereich gezielt ausgebaut und eng mit experimenteller Forschung verknüpft.
Strahlwerkzeuge
Technologische Plattform für präzise Materialbearbeitung
Die Einheit entwickelt Strahl- und Plasmaquellen für die gezielte Oberflächenbearbeitung und Materialmodifikation. Grundlage sind detaillierte Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen Teilchenstrahlen und Materialien.
Die Technologien kommen in zentralen Verfahren des IOM von der Ionenstrahlbearbeitung bis zur Implantation zum Einsatz und erschließen neue Anwendungen, etwa in der Raumfahrt oder Quantentechnologie.
Mit dem Hertz-Elektronenstrahllabor verfügt das IOM über eine europaweit einzigartige Infrastruktur zur Materialmodifikation mit hochenergetischen Elektronen.
Materialcharakterisierung und Analytik
Struktur, Zusammensetzung und Dynamik sichtbar machen
Die Einheit liefert die experimentelle Grundlage für das Verständnis funktionaler Oberflächen. Sie untersucht chemische Zusammensetzung, Struktur und dynamische Prozesse von der atomaren bis zur makroskopischen Skala.
Zum Einsatz kommen komplementäre Methoden wie hochauflösende Metrologie, Massenspektrometrie, Elektronenmikroskopie und bildgebende Spektroskopie.
Damit lassen sich selbst kleinste strukturelle Veränderungen erfassen und deren Einfluss auf Materialeigenschaften analysieren. Dies stellt eine zentrale Voraussetzung für die gezielte Entwicklung neuer Oberflächen dar.
JointLabs
Gemeinsame Forschung mit der Universität Leipzig
Die JointLabs bündeln Expertise, Infrastruktur und Personal von IOM und Universität Leipzig und schaffen einen strukturierten Rahmen für gemeinsame Forschung an strategisch wichtigen Themen.
Sie verbinden Grundlagenforschung mit technologischer Entwicklung und ermöglichen neue Ansätze in Bereichen wie Oberflächenchemie und Quantentechnologien.
- JointLab „Oberflächenmodifizierung mit massenselektierten molekularen Ionen“
- JointLab „Einzelionenimplantation“
