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SPP 1153:  Clusters at Surfaces: Electron Structure and Magnetism

Subject Area Physics
Term from 2003 to 2009
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5471936
 
Final Report Year 2011

Final Report Abstract

Zahlreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen an isolierten Atomclustern und Nanopartikeln haben gezeigt, dass diese Systeme einzigartige, stark vom Festkörperverhalten abweichende Eigenschaften besitzen. Geometrische und elektronische Strukturen, der Magnetismus sowie chemische Reaktivitäten und optische Response sind auf der Nanometer-Skala durch Größeneffekte geprägt. Sollen diese neuartigen Eigenschaften technisch genutzt werden so ist es notwendig, die Systeme auf Oberflächen abzuscheiden oder in ein Medium einzubetten. Die Aufgabe des Schwerpunktprogramms 1153 bestand darin, das gekoppelte System Cluster plus Oberfläche/Medium experimentell und theoretisch zu untersuchen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat mit dem SPP 1153 die Forschung an diesen faszinierenden Objekten unterstützt und damit einen Anstoß gegeben, Arbeiten aus den bislang eher getrennten Communities „Oberflächenwissenschaften“ und „Clusterphysik“ synergetisch zu verknüpfen. Eine Herausforderung bestand darin, innerhalb der großen thematischen Breite des sich ergebenden neuen Forschungsfeldes einen Fokus zu identifizieren, der von großer Relevanz ist und doch mit den sehr begrenzten Fördermitteln sichtbar entwickelt werden kann. Hier fiel die Wahl auf Elektronenstruktur und Magnetismus, im Laufe der Zeit kamen Fragen der chemischen Reaktivität hinzu, da auch sie eng mit den elektronischen Eigenschaften verknüpft sind. Modernste Methoden wie Photoemissions-Elektronenspektroskopie (PEEM), Pump-Probe-Techniken mit Femtosekunden- Lasern, Cavity-Ring-Down Spektroskopie an Oberflächen, Raster- und andere Oberflächen-Analysemethoden wurden an aus Gasstrahlen deponierten Clustern eingesetzt. Ein besonderes Kennzeichen des SPP 1153 war, dass die komplexen Fragestellungen durch anspruchsvolle theoretische Arbeiten begleitet wurden und Impulse bekamen. Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass mit der intensiven wissenschaftlichen Aktivität innerhalb der sechs Förderjahre des SPP ein tiefes Verständnis vieler Eigenschaften von Clustern auf Oberflächen erreicht wurde. Ultrareine definierte Festkörperoberflächen dienten als Modellsysteme um die Wechselwirkung von Clustern mit einer Umgebung zu studieren. Neue Technologien in der Erzeugung und Strahlführung von Nanoteilchen haben erstmals zu der Situation geführt, dass Proben mit exakt massenselektierten Clustern mit bis zu mehreren Hundert Atomen in ultrareiner Umgebung präpariert werden konnten. Mit den Studien konnte klar dargelegt werden, dass die geometrischen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften in der Regel stark durch die Umgebung gegenüber den freien Systemen modifiziert werden. Dennoch behalten auch die in Wechselwirkung stehenden Nanosysteme sehr interessante Eigenschaften wie z.B. erhöhte magnetische Momente. Aus dem Schwerpunkt sind 38 Doktorarbeiten sowie eine Habilitation und ein Emmy- Noether-Stipendium hervorgegangen. Sechs Personen aus dem Bereich der Nachwuchswissenschaftler haben Professuren angenommen.

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