Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik, Leibniz-Institut im Forschungsverbund Berlin e.V.

Das PDI sieht seine Aufgabe darin, die äußersten Grenzen von Materialien und nanoskaligen Bauelementen für Festkörperelektronik und Photonik weiter herauszuschieben. Diese exploratorische Forschung ist dabei eng  mit seiner langjährigen Expertise in der Molekularstrahlepitaxie (MBE) verbunden – einer Technik, die das kontrollierte Wachstum von maßgeschneiderten Strukturen mit atomarer Genauigkeit erlaubt und in der das PDI zu den weltweit führenden Einrichtungen gehört.

In einer lebendigen Symbiose aus Materialwissenschaft und Festkörperelektronik erforscht das PDI die Grundlagen des epitaktischen Wachstums neuer anorganischer Materialien und Heterostrukturen im Nanobereich, während es gleichzeitig die Quantenphysik solcher Strukturen im Hinblick auf innovative Konzepte von Bauelementen erforscht.

Forschungsfokus

Konnten lange Zeit in der Mikroelektronik Verbesserungen der Funktionalitäten bei gleichzeitiger Senkung der Kosten durch Miniaturisierung erzielt werden, so erfordern weitere Fortschritte den Einsatz neuer Materialien und neuartiger Physik unter Einbeziehung neuartiger Halbleiter-Nanostrukturen. Herausragende Beispiele für neuartige Materialien mit einzigartigen, ja sogar spektakulären physikalischen Eigenschaften sind zweidimensional geschichtete Materialien, Oxid-Halbleiter mit großer Bandlücke oder Phasenwechselmaterialien.

Da neuartige und innovative Funktionalitäten häufig aus der Kombination verschiedenartiger Werkstoffe entstehen, sind Untersuchungen an heteroepitaktischem Wachstum, die Bildung von Grenzflächen und ihre Eigenschaften ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit des PDI. Physikalische Eigenschaften von Strukturen im Nanobereich sind grundsätzlich von Quantenphänomen bestimmt. Das PDI untersucht und manipuliert Quantenzustände für neuartige Funktionalitäten und für Bauelement-Konzepte. Die Empfindlichkeit dieser Zustände auf strukturelle Perfektion und chemische Zusammensetzung erfordert eine starke Wechselbeziehung zwischen den Materialstudien des PDI und seinen Aktivitäten im Hinblick auf die Nutzung von Quantenfunktionalitäten. Ein weiteres Untersuchungsfeld steht im Zusammenhang mit einer inhärenten Kombination aus neuen Materialien und physikalischen Effekten in sogenannten „Quantenmaterialien“, die die Realisierung von stabilen Quantenzuständen ermöglichen und grundlegende Bausteine für Quantentechnologien, wie z.B. Quanteninformation, Quantenkryptographie und Quantensensorik, legen.