SFB 1073:  Kontrolle von Energiewandlung auf atomaren Skalen

• Fachliche Zuordnung: Physik ; Chemie
• Förderung: Förderung seit 2013
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 217133147

Das übergeordnete Ziel des SFB 1073 ist das Verständnis und die Kontrolle der elementaren Schritte der Energiekonversion in Materialien mit abstimmbaren Anregungen und Wechselwirkungen. Unsere Studien konzentrieren sich auf neue Materialsysteme und Konversionsprozesse, die für zukünftige Anwendungen in der Energiekonversion und -speicherung vielversprechend sind, sich aber noch im Frühstadium der wissenschaftlichen Forschung befinden. Der SFB ist damit eine grundlagen-orientierte Forschungsinitiative physikalischer und chemischer Forschungseinrichtungen, die zum mikroskopischen Verständnis von Anregungen, Thermalisierung und Umwandlungsschritten auf atomaren Skalen beiträgt.Um Energieumwandlungsschritte kontrollieren zu können, verwenden wir Materialsysteme, deren Anregungsspektren und Wechselwirkungen im angeregten Zustand durch Materialdesign oder aktive Kontrolle beeinflussbar sind. Wir haben drei verschiedene Arten von elementaren Umwandlungsschritten ausgewählt, entlang derer wir unsere Projekte in drei Themenbereichen (A, B, C) so ausgerichtet haben, dass sie die gesamte Energiewandlungskette abbilden: Steuerung der Dissipation (A), Umwandlung optischer Anregungen (B) und photonen- und elektronengetriebene Reaktionen (C). In der ersten CRC-Periode demonstrierten wir strukturelle und aktive Kontrolle in verschiedenen abstimmbaren Materialsystemen mittels einer Reihe von hochentwickelten atomar auflösenden, ultraschnellen, spektroskopischen und theoretischen Methoden. In der zweiten SFB-Periode konzentrierten wir uns auf die vielversprechendsten Systeme, d. h. komplexe Oxide, zweidimensionale Systeme und molekulare Metallkomplexe, in denen wir mehrere wissenschaftliche Durchbrüche erzielt haben. In allen drei ausgewählten Materialsystemen kann durch Kontrolle stark korrelierter Phasen und hoch korrelierter Anregungen ein großer Einfluss auf die Wege und Wirkungsgrade der Energieumwandlung nachgewiesen werden.In der im Juli 2021 beginnenden dritten SFB-Periode wollen wir das neue Paradigma der Kontrolle der Energieumwandlung durch abstimmbare Korrelationen ausarbeiten. Dazu werden wir in der zweiten Periode identifizierten Beispiele für Kontrolle durch Korrelationen weiter untermauern, um ein kohärentes und prädiktives Bild der Energieumwandlung in Materialsystemen mit stark korrelierten Anregungen zu schaffen. Aus diesem umfassenden Verständnis der Mechanismen sollen wissenschaftliche Leitfäden für die Entwicklung neuartiger technologischer Anwendungen und Lösungen entstehen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A01 - Reibung unter aktiver Kontrolle in Systemen mit optimierten Freiheitsgraden (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Krüger, Matthias ;  Samwer, Konrad ;  Vink, Richard L.C. ;  Volkert, Cynthia A. )
• A02 - Verständnis und Manipulation von Dissipationskanälen des Energietransports (Teilprojektleiter Krebs, Hans-Ulrich ;  Moshnyaga, Vasily ;  Münzenberg, Markus ;  Steil, Daniel ;  Ulrichs, Henning )
• A04 - Kontrolle von Energiedissipation an Oberflächen mittels einstellbaren Eigenschaften von Grenzflächen (Teilprojektleiter Bünermann, Oliver ;  Schneider, Sven ;  Wodtke, Alec Michael )
• A05 - Nanoskalige Untersuchung raumzeitlicher Relaxation in heterogenen Systemen (Teilprojektleiter Ropers, Claus ;  Schäfer, Sascha ;  Weitz, R. Thomas )
• B02 - Photonen-getriebener Energietransfer über Grenzflächen zwischen Materialien mit starken Korrelationen (Teilprojektleiter Jooss, Christian ;  Seibt, Michael )
• B03 - Relaxation, Thermalisierung, Transport und Kondensation in hochangeregten Festkörpern (Teilprojektleiter Blöchl, Peter E. ;  Kehrein, Stefan ;  Manmana, Salvatore R. ;  Pruschke, Thomas )
• B06 - Echtzeituntersuchungen der optischen Anregung in oligonuklearen Metallkomplexen mit schaltbaren Spin- und Ladungszuständen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Meyer, Franc ;  Schwarzer, Dirk ;  Techert, Simone )
• B07 - Elementare Schritte der Energiekonversion während und nach starken Nichtgleichgewichtsanregungen in korrelierten Materialien (Teilprojektleiter Kehrein, Stefan ;  Mathias, Stefan )
• B09 - Transporteigenschaften von Systemen mit Elektron-Phononkopplung (Teilprojektleiter Heidrich-Meisner, Fabian )
• B10 - Kontrolle der Dissipation von (opto-) elektronischen Eigenschaften zweidimensionaler Materialien mittels kontrollierter Stapelung und Verdrehung (Teilprojektleiter Reutzel, Marcel ;  Weitz, R. Thomas )
• C01 - Hybrid-Anordnungen für die Untersuchung photo-induzierter mehrstufiger katalytischer Prozesse (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Jooss, Christian ;  Meyer, Franc ;  Siewert, Inke )
• C02 - In-situ hochauflösende Untersuchung des aktiven Zustands bei der (photo-) elektrochemischen Wasserspaltung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Jooss, Christian ;  Techert, Simone )
• C03 - Vom Elektronentransfer zur chemischen Energiespeicherung: ab-initio Untersuchungen korrelierter Prozesse (Teilprojektleiter Behler, Jörg ;  Blöchl, Peter E. ;  Mata, Ricardo )
• C04 - Untersuchung und Kontrolle photochemischer Reaktionen durch lokale optische Anregung im Rastertunnelmikroskop (Teilprojektleiter Ropers, Claus ;  Wenderoth, Martin ;  Wodtke, Alec Michael )
• C05 - Kontrolle Elektronen-getriebener Chemie durch Interkalation (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Nowak, Carsten ;  Risch, Marcel ;  Volkert, Cynthia A. )
• C07 - Kontrolle Reaktivität hydridischer Photokatalysatoren (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Schneider, Sven ;  Schwarzer, Dirk ;  Siewert, Inke )
• C08 - Protonen-gekoppelte Elektronentransferreaktionen an der Grenzfläche zu gemischten Oxid-Hydriden (Teilprojektleiterin Siewert, Inke )
• MGK - Integriertes Graduiertenkolleg (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Meyer, Franc ;  Volkert, Cynthia A. )
• Z01 - Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereiches (Teilprojektleiter Jooss, Christian )
• Z02 - Kontrolle von Grenzflächen auf atomarer Skala (Teilprojektleiter Moshnyaga, Vasily ;  Roddatis, Ph.D., Vladimir ;  Seibt, Michael )
• Ö - EnergiSEd – Energiewissenschaftliche Ausbildung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Maaß, Mona-Christin ;  Waitz, Thomas )

Abgeschlossene Projekte

• A03 - Thermischer Transport in Polymernanostrukturen (Teilprojektleiter Müller, Marcus ;  Vana, Philipp )
• A06 - Aktive Kontrolle von Energiekonversion in korrelierten Oxiden durch Spinströme (Teilprojektleiter Steil, Daniel ;  Ulrichs, Henning )
• B01 - Photoninduzierte strukturelle Phasenübergänge kontrolliert durch elektronische Korrelation (Teilprojektleiter Münzenberg, Markus ;  Samwer, Konrad )
• B04 - Steuerung der Konversion von Lichtenergie in Manganaten durch externe Felder (Teilprojektleiter Damaschke, Bernd ;  Moshnyaga, Vasily )
• B05 - Untersuchung der für die lichtgetriebene, reversible Wirt-Gast Chemie eines photochromen Koordinationskäfigs verantwortlichen Energieumwandlungsprozesse (Teilprojektleiter Clever, Guido ;  Schwarzer, Dirk )
• C06 - Redox-Reaktionen von Adsorbaten auf stabilisierten Katalysatoren: der Einfluss eines vergrabenen Schottky-Kontaktes (Teilprojektleiterin Pundt, Astrid )

• Antragstellende Institution: Georg-August-Universität Göttingen
• Beteiligte Hochschule: Technische Universität Clausthal
• Beteiligte Institution: Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY); Arbeitsgruppe Struktur und Dynamik chemischer Systeme; Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie; Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie; (Karl-Friedrich-Bonhoeffer-Institut) (aufgelöst)
• Sprecher: Professor Dr. Christian Jooss