Институт Макса Планка по исследованию твёрдого тела (нем. Max-Planck-Institut für Festkörperforschung ) был основан в 1969 году и является одним из 82 институтов Макса Планка Общества Макса Планка . Он расположен в кампусе в Штутгарте вместе с Институтом Макса Планка по интеллектуальным системам .
Исследования в Институте исследований твердого тела Макса Планка сосредоточены на физике и химии конденсированных сред, включая особенно сложные материалы и наномасштабную науку. В обеих этих областях особый интерес представляют явления электронного и ионного переноса.
В настоящее время в институте имеется восемь отделений. [1]
Под руководством Али Алави кафедра теории электронной структуры занимается разработкой методов ab initio для обработки коррелированных электронных систем с использованием квантового Монте-Карло , квантово-химических и многочастичных методологий. Методы ab initio (включая теорию функционала плотности) будут применяться к проблемам, представляющим интерес в гетерогенном катализе, поверхностной химии, электрохимии и фотохимии.
Кафедру спектроскопии твердого тела возглавляет Бернхард Каймер. Коллективные квантовые явления в высококоррелированных электронных материалах изучаются с помощью спектроскопических и рассеивающих методов. Темы, представляющие особый интерес в настоящее время, включают взаимодействие между зарядовыми, орбитальными и спиновыми степенями свободы в оксидах переходных металлов, механизм высокотемпературной сверхпроводимости и управление поведением электронной фазы в сверхрешетках металл-оксид. Кафедра также разрабатывает новые спектроскопические методы, такие как нейтронная спектроскопия высокого разрешения и спектральная эллипсометрия.
Научно-исследовательские работы в Департаменте наномасштабной науки под руководством Клауса Керна сосредоточены на науке и технологиях нанометрового масштаба. Цель междисциплинарных исследований на стыке физики, химии и биологии — получить контроль над материалами на атомном и молекулярном уровне, что позволит разрабатывать системы и устройства со свойствами, определяемыми квантовым поведением, с одной стороны, и приближаться к функциональности живой материи, с другой стороны.
Отделение Lotsch использует современные методы нанохимии и сочетает их с классическими методами твердотельного синтеза для разработки материалов со сложными профилями свойств, включая двумерные системы и слоистые гетероструктуры, пористые каркасы, фотонные наноструктуры и твердые электролиты для применения в (фото)катализе, датчиках и твердотельных батареях.
Под руководством Иоахима Майера кафедра физической химии твердых тел занимается электрохимией и ионным транспортом . Особое внимание уделяется ионным проводникам (таким как неорганические или органические протонные, металлические и кислородные ионные проводники) и смешанным проводникам (обычно перовскиты). Исследования варьируются от изучения базовых механизмов до разработки материалов для электрохимических применений (батареи, топливные элементы, датчики). Особое значение имеет научная основа области наноионики.
Выращенные из сложных материалов гетероструктуры, вызванные квантово-механическими явлениями, предлагают захватывающий потенциал для создания новых электронных систем. Многие из них обладают выдающимися свойствами, которые не встречаются в природе. Разработка, рост и исследование таких электронных систем находятся в центре внимания кафедры твердотельной квантовой электроники, возглавляемой Клаусом фон Клитцингом . Группу возглавляет Йохен Маннхарт .
Под руководством Вальтера Метцнера электронные свойства твердых тел анализируются и вычисляются в Отделе квантовой теории многих тел с основным акцентом на системах, где электронные корреляции играют решающую роль, таких как купраты , манганиты и другие оксиды переходных металлов . Помимо фазовых переходов, нарушающих симметрию, приводящих к магнетизму , орбитальному и зарядовому порядку или сверхпроводимости , корреляции также могут вызывать локализацию электронов и многие другие поразительные многочастичные эффекты, не описываемые приближением независимых электронов.
Запутывание электронов в твердых телах в сочетании с деталями структуры кристаллической решетки создает удивительно богатое разнообразие электронных фаз, которые являются жидкими, жидкокристаллическими и кристаллическими состояниями зарядовых и спиновых степеней свободы. Эти сложные электронные фазы и тонкая конкуренция между ними очень часто приводят к появлению новой функциональности. Отдел квантовых материалов под руководством Хиденори Такаги изучает эти интересные новые фазы в оксидах переходных металлов и родственных соединениях, где узкие d-зоны, которые приводят к сильным электронным корреляциям, в сочетании с богатой химией таких материалов предоставляют прекрасные возможности для новых открытий.
С 2005 года в институте создано 13 научных групп: [2]
Международная школа исследований Макса Планка по конденсированным веществам (IMPRS-CMS) — это совместная программа Института исследований твердого тела Общества Макса Планка (Max Planck Institut für Festkörperforschung) и Штутгартского университета. Целью исследовательской школы является исследование конденсированных сред с использованием передовых экспериментальных и теоретических методов.
Несколько институтов Общества Макса Планка по всей Германии вносят свой вклад в общую исследовательскую деятельность в этой весьма интригующей области, а Центр аспирантуры Общества Макса Планка по квантовым материалам развивает дополнительную исследовательскую деятельность в участвующих институтах.
Центр молекулярной нанонауки и технологий Макса Планка-EPFL [ 3] служит форумом для совместных исследований, объединяя ученых Общества Макса Планка и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL). Центр исследует новые научные аспекты молекулярных наноструктур, уделяя особое внимание новой науке, относящейся к устойчивой энергетике, химическому зондированию и биомедицинским технологиям.
Центр квантовых материалов Макса Планка-UBC-UTokyo <ref> [2] является совместным предприятием Общества Макса Планка (Германия), Университета Британской Колумбии (Канада) и Токийского университета (Япония).
В институте работают около 430 человек, в том числе 110 ученых, 90 аспирантов и 70 приглашенных ученых.
48°44′48″с.ш. 9°4′51″в.д. / 48,74667°с.ш. 9,08083°в.д. / 48,74667; 9,08083