Arbeiten im interdisziplinären Team
Für die Herstellung neuer Materialien ist die enge Zusammenarbeit mit Chemikern und Materialwissenschaftlern von besonderer Bedeutung, da durch die gezielte Gestaltung und Veränderung von Molekülen (molecular engineering), durch die Erzeugung besonderer Kristallstrukturen, das Einbringen von geeigneten Fremdatomen oder Molekülen und durch die gezielte Schichtanordnung gewünschte elektronische oder magnetische Eigenschaften hergestellt oder modifiziert werden können (tailoring of materials).
Langfristig ist es das Ziel, elektronische und magnetische Prozesse auf die Größe von Atome zu reduzieren: ein Transistor so klein wie ein Molekül (Molekularelektronik)! Hier gibt es einen fließenden Übergang zu künstlich strukturierten Systemen (siehe den Beitrag „Nanotechnologie“). Häufig müssen jedoch noch grundsätzliche Fragestellungen an Modellsystemen untersucht werden, um die theoretischen Beschreibungen und Voraussagen zu überprüfen. 
Ein Schwerpunkt der Stuttgarter Forschung liegt bei niederdimensionalen Systemen, das heißt Materialien, deren Eigenschaften sich in einer oder zwei Richtungen stark von den übrigen unterscheiden: Man hat Molekülstapel, die entlang der Ketten supraleitend sind, senkrecht dazu aber Isolatoren. Einerseits sind dies organische Kristalle, die auf elektrochemischem Wege hergestellt werden und im wesentlichen aus Molekülen bestehen, die nur Schwefel, Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten; trotzdem zeigen sie metallische Eigenschaften und sogar Supraleitung. Die Möglichkeit der Variation der Systeme ist sehr groß, so daß fast alle gewünschten Eigenschaften ‚eingestellt‘ werden können. Für die eventuelle praktische Anwendung sowie eine zukünftige Molekularelektronik ist die Herstellung von dünnen Filmen der organischen Materialien von besonderem Interesse. Es werden deshalb intensive Untersuchungen zur Herstellung und Charakterisierung derartiger Dünnfilme durchgeführt (vgl. „Nanostrukturen“).
Gerade in jüngster Zeit werden anorganische niederdimensionale Systeme erforscht, denn durch Änderung der Kopplung zwischen den Molekülketten und -schichten kann auch hier die Dimensionalität verändert werden und damit die physikalischen Eigenschaften. Neben den elektrischen sind die magnetischen Eigenschaften auf diese Weise modifizierbar (Spinketten und Spinleitern). Die theoretischen Modelle sind teilweise der materialwissenschaftlichen Realisierung voraus, und es besteht hier eine sehr fruchtbare Zusammenarbeit zwischen Experimentatoren und Theoretikern. Beispiele für derartige Materialien sind insbesondere verschiedene Metalloxide. Elektronisch zweidimensionale Kupferoxide - in ihrem Schichtaufbau prinzipiell ähnlich wie die organischen Supraleiter - werden im Gegensatz zu diesen schon bei sehr hohen Temperaturen supraleitend. Obwohl seit einiger Zeit konkrete Anwendungen dieser Hochtemperatur-Supraleiter realisiert werden, etwa für Hochspannungsschalter, Magnete, Starkstromkabel, ist das physikalische Verständnis für die elektronischen Eigenschaften noch unzureichend. Die Manganoxide, welche eine besonders starke Änderung der elektrischen Leitfähigkeit bei Anlegen eines Magnetfeldes zeigen (sogenannter kollosaler Magnetowiderstand), versprechen interessante Anwendungen in der Datenspeicherung und der Magnetoelektronik, wobei eine viel höhere Informationsdichte möglich wird. Titanoxide zeigen interessante ferroelektrische Eigenschaften, die für die Hochfrequenztechnik genutzt werden. Von theoretischer Seite wird insbesondere mit modernen Computersimulationen versucht, die elektronischen und magnetischen Eigenschaften zu verstehen.
Ein weiterer Schwerpunkt der Stuttgarter Physik liegt seit vielen Jahren auf der Untersuchung von optischen und elektronischen Eigenschaften von Verbindungshalbleitern. Hier widmet man sich insbesondere der Entwicklung und Verbesserung von Halbleiter-Lasern für den blauen Spektralbereich, wobei im Gegensatz zu industriellen Entwicklungen auf diesem Gebiet das Verständnis für die Wirkungsweise derartiger Laser im Vordergrund des Interesses steht.

M. Dressel, A. Muramatsu, D. Schweitzer

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Prof. Dr. Martin Dressel, 
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