Институт исследования твёрдых тел Общества Макса Планка

Исследования института сосредоточены на физике и химии конденсированного состояния, включая особенно сложные материалы и нанонауку. В этих областях особый интерес представляют явления электронного и ионного переноса^[7][8].

В институте работает около 430 сотрудников, в том числе 110 ученых, 90 аспирантов и 70 приглашенных ученых. Институт имеет восемь отделов^[9].

Под руководством Али Алави отдел занимается разработкой ab initio методов изучения коррелированных электронных систем с использованием квантового метода Монте-Карло, квантово-химических методологий и методологий многих тел. Ab initio методы (включая теорию функционала плотности) применяются к проблемам гетерогенного катализа, химии поверхности, электрохимии и фотохимии^[10].

Отдел возглавляет Бернхард Кеймер. Коллективные квантовые явления в высококоррелированных электронных материалах изучаются методами спектроскопии и рассеяния. Темы, представляющие особый интерес в настоящее время, включают взаимодействие между зарядовыми, орбитальными и спиновыми степенями свободы в оксидах переходных металлов, механизм высокотемпературной сверхпроводимости и контроль поведения электронной фазы в металлооксидных сверхрешетках. Отдел также разрабатывает нейтронную спектроскопию высокого разрешения и спектральную эллипсометрию^[11].

Исследования отдела нанонауки, возглавляемого Клаусом Керном, сосредоточены на науке и технологиях нанометрового масштаба. Целью междисциплинарных исследований на стыке физики, химии и биологии является получение контроля над материалами на атомном и молекулярном уровне, что позволяет разрабатывать системы и устройства со свойствами, определяемыми квантовым поведением, и приближающимися по функциональности к живой материи^[12].

Отдел использует методы нанохимии и объединяет их с классическими методами твердотельного синтеза для разработки материалов со сложным профилем свойств, включая двумерные системы и слоистые гетероструктуры, пористые каркасы, фотонные наноструктуры и твердые электролиты для применения в фотокатализе, сенсорных и твердотельных батареях в области преобразования и хранения энергии^[13].

Под руководством Иоахима Майера отдел физической химии твердого тела занимается электрохимией и ионным транспортом. Особое внимание уделяется ионным проводникам (таким как неорганические или органические проводники протонов, ионов металлов и ионов кислорода) и смешанным проводникам (обычно перовскитам). Отдел исследует основные механизмы и разрабатывает материалы для батарей, топливных элементов, датчиков. Особое значение имеет научная основа области наноионики.

Гетероструктуры из сложных материалов, созданные квантово-механическими явлениями, открывают потенциал для создания новых электронных систем, обладают уникальными свойствами. Проектирование, развитие и исследование таких электронных систем находится в центре внимания Отдела твердотельной квантовой электроники, возглавляемого Клаусом фон Клитцингом.

Под руководством Уолтера Мецнера электронные свойства твердых тел изучаются в отделе квантовой теории многих тел с основным упором на системы, в которых электронные корреляции играют решающую роль: купраты, манганиты и оксиды других переходных металлов. Помимо фазовых переходов, нарушающих симметрию, приводящих к магнетизму, орбитальному и зарядовому порядку или сверхпроводимости, корреляции могут вызывать локализацию электронов и эффекты многих тел^[14].

Запутывание электронов в твердых телах в сочетании с деталями структуры кристаллической решетки порождает разнообразие электронных фаз — жидких, жидкокристаллических и кристаллических состояний зарядовой и спиновой степеней свободы. Отдел, возглавляемый Хиденори Такаги, изучает эти фазы в оксидах переходных металлов и родственных соединениях, где узкие d-зоны, вызывающие сильные электронные корреляции, в сочетании с богатым химическим составом таких материалов обеспечивают возможности для новых открытий^[15].

• Али Алави
• Бернхард Каймер
• Клаус Керн
• Беттина Лоч
• Йоахим Майер
• Йохен Маннхарт
• Уолтер Мецнер
• Хиденори Такаги

С 2005 года в институте создано 13 научных групп^[16]:

• Органическая электроника (Хаген Клаук, с 2005 г.)
• Сверхбыстрая нанооптика (Маркус Липпиц, младший профессор Штутгартского университета, 2006–2014)
• Теория полупроводниковых наноструктур (Габриэль Бестер, 2007–2014 гг.)
• Туннельная спектроскопия сильно коррелированных электронных материалов (Питер Валь, 2009–2014)
• Вычислительные подходы к сверхпроводимости (Лилия Боэри, 2009–2013 гг.)
• Нанофизика твердого тела (Юрген Смет, с 2011 г.)
• Нанохимия (Беттина Лоч, 2011–2016)
• Динамика наноэлектронных систем (Себастьян Лот, Сотрудничество с Центром лазерной науки на свободных электронах, 2011–2018)
• Наномасштабные функциональные гетероструктуры (Ионела Врежойу, 2012–2015)
• Рентгеновская спектроскопия оксидных гетероструктур (Ева Бенкизер, с 2014 г.)
• Сверхбыстрая спектроскопия твердого тела (Штефан Кайзер, младший профессор Штутгартского университета, с 2014 г.)
• Электронная структура коррелированных материалов (Филипп Хансманн, 2015–2018 гг.)
• Вычислительная квантовая химия твердых тел (Андреас Грюнейс, 2015–2018)

В качестве почётных членов института состоят^[17]:

• Оле Крог Андерсен (1978–2012)
• Мартин Янсен (1998–2012)
• Клаус фон Клитцинг
• Ханс-Иоахим Квайссер (1970–1997)
• Арндт Саймон (1974–2010)
• Питер Уайдер (1984–2001)

• Институт исследования твёрдых тел Общества Макса Планка
• Общество Макса Планка
• Институт интеллектуальных систем Общества Макса Планка