8,8 Millionen Euro für die Erforschung elektronisch korrelierter Materialien

ACAR Positronenspektrometer Das Spectrometer ACAR misst mit Positronen. PD Dr. Christoph Hugenschmidt (r.) hat es mit seinem Doktoranden Josef Schmidbauer (l.) aufgebaut. © W. Schürmann / TUM

Das Spectrometer ACAR misst mit Positronen. PD Dr. Christoph Hugenschmidt (r.) hat es mit seinem Doktoranden Josef Schmidbauer (l.) aufgebaut. © W. Schürmann / TUM

Bereits zum dritten Mal wird der transregionale Sonderforschungsbereich TRR 80 „Von elektronischen Korrelationen zur Funktionalität“ gefördert. Die DFG unterstützt den Verbund aus Universität Augsburg und Technischer Universität München jetzt mit weiteren 8,8 Millionen Euro für die nächsten vier Jahre. Fünf Projekte werden vor allem an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) durchgeführt.

Hinter dem kryptischen Namen TRR 80 verstecken sich 21 hochkarätige Forschungsprojekte, die sich Theoretiker und Experimentatoren der Physik teilen. Der Sonderforschungsbereich wird gleichberechtigt getragen von der Universität Augsburg mit Sprecher Prof. Dr. Philipp Gegenwart und der Technischen Universität München mit einer Reihe von Professoren des Physik-Departments. Weitere Partner sind das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, die Universität Duisburg-Essen sowie das Walther-Meißner-Institut. „Bei der Begutachtung des Transregios für diese Förderperiode stellten die Gutachter fest, dass wir wegen der direkten Involvierung des FRM II mit seinen Neutronen und Positronen großes Potenzial haben“, sagt Dr. Michael Leitner.

Der Unordnung auf der Spur

Er leitet eines der Teilprojekte, das sich mit sogenannten Heuslerlegierungen beschäftigt. Die Kopplung der magnetischen und strukturellen Freiheitsgrade in diesen Materialienerlauben es zum Beispiel, sie einmal in kühlmittelfreien Kühlschränken einzusetzen. Bisher hat Michael Leitner mit einem Doktoranden an den Instrumenten SPODI und SANS-1 untersucht, wie sich Anordnung der Atome auf die magnetische Ordnung auswirkt. „Wir wissen schon gut, wie sich perfekt geordnete Systeme verhalten. Das ist aber für die Anwendung nicht realistisch, denn Unordnung gibt es immer“, erklärt Michael Leitner, der am FRM II angestellt ist und sich bei Prof. Dr. Peter Böni habilitiert. „Deshalb sehen wir uns jetzt an, wie sich die Unordnung auf die magnetischen Momente der Atome auswirkt.“

Positronen untersuchen neue Materialien

In einem anderen Projekt untersucht PD Dr. Christoph Hugenschmidt zusammen mit seinem Doktoranden Josef Schmidbauer vom Lehrstuhl E21 der TUM-Physik die elektronische Struktur von Materialien – allerdings mit Positronen statt mit Neutronen. Hierzu nutzen sie eine eigene kompakte Positronenquelle an ihrem neuen Spektrometer, das sie am Beschleunigerlabor MLL bereits in der ersten Förderperiode des TRR80 aufgebaut haben. Die Apparatur bietet den großen Vorteil, die elektronische Struktur im Volumen von Festkörpern einerseits temperaturabhängig und andererseits auch spinaufgelöst messen zu können. Denn hier lässt sich insbesondere der Umstand ausnutzen, dass die Positronen als Antiteilchen der Elektronen alle eine Spinpolarisation in ihrer Ausbreitungsrichtung haben. Legt man ein externes magnetisches Feld an die Probe an, zerstrahlen die Positronen mit ihrem Gegenpart, den Elektronen, vorzugsweise dann, wenn deren Spins in entgegengesetzte Richtung weisen. Bei der Zerstrahlung beider Teilchen entsteht charakteristische Gammastrahlung, aus der man wertvolle Informationen über elektronische Korrelationen und damit zum grundlegenden Verständnis von magnetischen Phänomenen in neuen Materialien gewinnt.

Drei weitere Projekte, die bis 2021 gefördert werden, nutzen Neutronen am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. Dr. Astrid Schneidewind vom Forschungszentrum Jülich und Prof. Dr. Christian Pfleiderer vom Physik-Lehrstuhl E 51 untersuchen, wie sich magnetische Ordnung unter extrem hohem Druck stabilisieren lässt. Dr. Thomas Keller und Prof. Dr. Bernhard Keimer vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung haben die Lebensdauer von magnetischen Anregungen im Fokus, und Prof. Dr. Manfred Albrecht von der Universität Augsburg studiert gemeinsam mit Prof. Dr. Peter Böni die magnetische Ordnung in dünnen Schichten mittels Neutronenreflektometrie.

Förderung kommt dem Nachwuchs zugute

Die bewilligten Finanzmittel werden überwiegend dem wissenschaftlichen Nachwuchs zugutekommen. In den 21 Teilprojekten werden 32 Doktorandinnen und Doktoranden forschen und ihre Ergebnisse mit Hilfe der Förderung auf nationalen und internationalen Konferenzen präsentieren. Im Rahmen einer sogenannten „Integrated Research Training Group“ können die Nachwuchswissenschaftlerinnen und –wissenschaftler eigenständig kleinere Projekte bearbeiten sowie Workshops und Sommerschulen organisieren. Verschiedene Soft-Skill-Kurse ergänzen das Angebot.