Forschung am Lehrstuhl MNE

Zu den wichtigsten nanoionischen Bauelementen gehören Memristoren und memristive Systeme. Bei diesen Bauelementen kann durch elektrische Signale der elektrische Widerstand mit einer hohen Dynamik und Bandbreite eingestellt werden. Anwendungen finden diese Bauelemente insbesondere in der Informationstechnik und hardware-implementierten Neuromorphik. Darüber hinaus lassen sich nanoionische Effekte auch im Bereich der Sensorik, den Quantentechnologien, Photonik und Tieftemperaturelektronik nutzen.

Im Rahmen dieses Forschungsschwerpunkts werden nanoionische Systeme entwickelt und analysiert. Hierbei werden insbesondere Übergangsmetalloxide eingesetzt, die eine hohe technologische Relevanz haben. Dabei werden mittels hoch-auflösender elektrischer Messmethoden, Spektroskopie und Elektronenmikroskopie nanoionische Effekte untersucht.

Funktionale Materialien finden Einsatz in einer Vielzahl von alltäglichen Anwendungen, wie Beschleunigungssensoren im Handy oder Auto, Düsen für Drucker oder Druck- und optischen/Infrarot-Sensoren. Wir entwickeln multiferroische und multi-funktionale Materialien, die je nach Modifikation für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden können. Dabei werden insbesondere Übergangsmetalloxide aber auch neuartige Nitride und Heterostrukturen eingesetzt. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich nanostrukturierter thermoelektrischer Generatoren, mit deren Hilfe autarke Mikro- und Nanosysteme für Sensorik oder Aktorik-Anwendungen entwickelt werden können.

Zu den bekanntesten niederdimensionalen Materialien zählen Graphen (2D) und Kohlenstoffnanoröhrchen (1D). Aber auch in nanoionischen Materialien können 0D-3D Defekte gezielt eingesetzt werden. Mit Hilfe von niederdimensionalen Materialien entwickeln und charakterisieren wir neuartige nanoelektronische Bauelemente wie Tunnelfeldeffekttransistoren oder 2D-Heterostrukturen.

Zur Durchführung unserer Forschungsschwerpunkte sind hochauflösende Analyse- und Charakterisierungsmethoden erforderlich. Durch Neu- und Weiterentwicklungen von messtechnischen Anlagen können die Limitierungen etablierter Analysemethoden überwunden werden. Hierbei entwickeln wir komplexe elektronische, photonische und in situ/in operando mikroskopische/spektroskopische Messtechnik.

Die experimentellen und messtechnischen Forschungsarbeiten werden durch komplexe Modellierungen und 1D-3D-Simulationsverfahren ergänzt. Von besonderem Interesse sind hierbei insbesondere die 3D-Simulation von elektrischen und magnetischen Feldern und Temperaturgradienten. Mittels der entwickelten Bauelemente lassen sich neuartige Schaltungskonzepte realisieren und simulativ analysieren.