Grundlegende Materialforschung für ressourceneffiziente Technologien der Zukunft

Der Lehrstuhl für Experimentalphysik V gehört zum Institut für Physik, ist Mitglied im Institut für Materials Resource Management und widmet sich unter der Leitung von Prof. Dr. Dipl.-Ing. Alois Loidl den grundlagenorientieren Materialwissenschaften. Das ganzheitliche Materialdesign steht dabei im Mittelpunkt, um langfristige Planungssicherheit von Beginn an – also auch schon in der Grundlagenforschung – zu gewährleisten. Die Kritikalität sowie die mittel- und langfristige Verfügbarkeit der Ressourcen fließen in die Vorüberlegungen zum Materialdesign mit ein. Am Lehrstuhl für Experimentalphysik V werden neue Wege beschritten, um Ressourceneffizienz zu fördern: Neue Materialien mit bisher unbekannten Funktionalitäten werden für einen Einsatz in zukünftigen Technologien synthetisiert und charakterisiert. Im Speziellen handelt es sich um Materialien für neue Generationen von Supercaps, Feststoffelektrolyte für Batterien von morgen, Ferroelektrika, die gleichzeitig auch ferromagnetisch sind, als moderne Funktionsmaterialien oder Materialien mit nanoskaligen Magnetwirbel für zukünftige Speichertechnologien. Bei diesen Forschungsaktivitäten ist die Ressourceneffizienz immer ein Aspekt, der berücksichtigt wird, um die Technologien voran zu bringen: Beispielsweise wird beim Design hochwertiger Hartmagnete auf die Verwendung Seltener Erden möglichst verzichtet oder im Bereich Ferroelektrika sollen bleifreie Ersatzmaterialien zum Einsatz kommen.

Der Lehrstuhl für Experimentalphysik V beschäftigt sich mit einer Vielzahl von Forschungsthemen. Mit Blick auf Ressourceneffizienz ist die Thematik hochentwickelter Funktionsmaterialien für die Anwendung relevant. In diesem Bereich werden neue Materialien untersucht und hergestellt, um elektronische Anwendungen und andere Technologien ressourceneffizienter zu gestalten. Das Hauptziel ist es dabei, ein besseres Verständnis bisher noch unbekannter Materialeigenschaften zu erlangen. Dazu zählen Multiferroizität, d. h. die Koexistent von Ferroelektrizität und Ferromagnetismus oder Materialien mit kolossalen Dielektrizitätskonstanten. Zu diesem Feld gehören auch die Arbeiten rund um Energiespeichersysteme. Seit August 2012 arbeitet beispielweise eine vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte interdisziplinäre Arbeitsgruppe um den Materialwissenschaftler Dr. Stephan Krohns an der „Entwicklung ressourceneffizienter Kondensatoren zur Energie-Kurzzeitspeicherung“ (ENREKON). Zudem untersuchen Doktoranden im Graduiertenkolleg „Ressourcenstrategische Konzepte für zukünftige Energiesysteme“ Fragestellungen zum Umgang mit Rohstoffen und deren Auswirkungen auf das Energiesystem. Ziel ist es dabei in einem interdisziplinären Forschungsumfeld innovative Ansätze zur Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz zu erarbeiten.

Kernkompetenzen des Lehrstuhls für Experimentalphysik V:

• Elektronische Korrelationen und Magnetismus
• Elektronische Materialien mit ungewöhnlichen und funktionalen Eigenschaften
• Quantenkritikalität
• Ungeordnete und heterogene Systeme: Gläser, Ionenleiter, amorphe Halbleiter, Spin- und Orbital-Gläser
• Dielektrische Spektroskopie an Biomaterialien
• Magnetische Resonanz: Kernspin- und Elektronenspin-Resonanz
• Dielektrische Spektroskopie, THz-Spektroskopie und optische Spektroskopie
• Synthese und Charakterisierung neuer funktioneller Materialien