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Materialgrenzen im Blick

Physiker- und Chemikeraustausch Materialgrenzen im Blick

Wer heutzutage Computer oder Smartphone nutzt, kann auf dessen Funktion voll vertrauen.

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Ulrich Höfer (vorn, Dritter von links) und Michael Gottfried (dahinter) veranstalten die viertägige Physikertagung.

Quelle: Martin Schäfer

Marburg. Es sind die Prozesse 
in den winzig kleinen Transistoren der Mikrochips hinter dem Plastikdisplay, die bewundernswert gut funktionieren.

Da verblüfft es, dass auf mikroskopischer Skala gar nicht so genau bekannt ist, wie die Elektronen von einem Material ins andere 
hüpfen. Das physikalisch-chemische Bild an den Grenzflächen ist unvollständig.

Und das ist genau der Inhalt des großen Sonderforschungsbereichs (SFB) „Struktur und Dynamik interner Grenzflächen“, der rund 18 Arbeitsgruppen aus der Physik und der Chemie der 
Universität Marburg vereint.

„Das Verständnis dieser internen Grenzflächen ist die drängendste, aber auch interessanteste Problemstellung in der Festkörperphysik derzeit“, sagt Ulrich Höfer, Physikprofessor und Koordinator des SFB. Höfer aus der Physik, Nachwuchsforscher Gerson Mette sowie Professor Michael Gottfried aus der Chemie richten noch bis morgen eine viertägige Konferenz zum Stand der Forschung an Grenzflächen aus. Rund 120 Forscher, die eine Hälfte aus den Marburger Fachbereichen, die andere aus dem In- und Ausland, von Kalifornien bis Japan.

Charmant berichtete Höfer, dass nicht nur über Physik geredet wird. „Wir möchten den Teilnehmern auch Marburg als Universitätsstadt zeigen“, meinte Höfer am Rande der Veranstaltung.

So startete die Tagung in der Alten Aula, versammelte alle Teilnehmer sodann bei einer typischen Poster-Session auf dem Schloss und setzt den Austausch dann im Renthof, der Heimat des Physik-Fachbereichs, fort. Höfers Konzept geht auf: „In so einem schönen Vortragssaal habe ich noch nicht gesprochen“, sagte der Physiker Torsten Fritz von der Universität Jena zur Alten Aula, um dann das schöne Setting sofort zu vergessen und in seinem Eröffnungsvortrag in die Tiefen der Grenzflächenphysik einzutauchen.

Bessere Transistoren, Solarzellen oder Sensoren

Außenstehende könnten nun meinen: Wo ist das Problem? Handys funktionieren, Solarzellen genauso. Sie funktionieren aber nur, weil Elektronen Grenzflächen passieren. Und dort entscheidet sich, wie gut das Bauteil funktioniert.

Wenn Mikrochips leistungsfähiger und auch kleiner werden, dann hängt die Funktion immer stärker von den Prozessen an diesen Grenzflächen verschiedener Materialien ab. Bei Solarzellen fangen Materialien die Sonnenstrahlen ein und produzieren Elektronen, die für den Stromfluss über eine Grenzfläche in andere Materialien eingeschleust werden.

Mit dem Erforschen dieser Phänomene wollen die Forscher einen Beitrag leisten, damit in Zukunft weiter miniaturisierte Elektronikbauteile zuverlässig funktionieren, Solarzellen 
mehr Strom erzeugen und ganz neue Funktionen und Materialien nutzbar sind.

Ein solcher Stoff ist beispielsweise das Wundermaterial Graphen – ein schichtförmiges Kohlenstoffgitter, das von oben aussieht wie eine Bienenwabe. Forscher versprechen sich davon ganz neue Bauteile, bessere Transistoren, Solarzellen oder Sensoren.

„Doch diese Schichten müssen irgendwo draufliegen“, sagt Stefan Tautz, der am Forschungszentrum Jülich das Graphen 
untersucht. Ändert sich die Unterlage, so verändern sich auch die elektrischen oder optischen Eigenschaften der Graphen-Schicht.

„Die Tagung gibt uns Anregungen, wie wir den SFB ausbauen“, kommentiert Höfer 
die Vorträge. Der SFB wurde 2013 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Marburg eingerichtet. Im nächsten Frühjahr steht die Verlängerung des auf maximal dreimal vier Jahre ausgelegten SFB an, der pro Jahr rund eine Million Euro für die Forschung bereitstellt.

von Martin Schäfer

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