Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido

El Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido (en alemán: Max-Planck-Institut für Festkörperforschung ) fue fundado en 1969 y es uno de los 82 Institutos Max Planck de la Sociedad Max Planck . Está ubicado en un campus en Stuttgart, junto con el Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes .

La investigación en el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido se centra en la física y la química de la materia condensada, incluidos especialmente los materiales complejos y la ciencia a escala nanométrica. En ambos campos, los fenómenos de transporte electrónico e iónico revisten especial interés.

El instituto cuenta actualmente con ocho departamentos. ^[1]

Dirigido por Ali Alavi , el Departamento de Teoría de la Estructura Electrónica se ocupa del desarrollo de métodos ab initio para el tratamiento de sistemas electrónicos correlacionados, utilizando metodologías de Monte Carlo cuántico , química cuántica y de muchos cuerpos. Los métodos ab initio (incluida la teoría del funcional de la densidad) se aplicarán a problemas de interés en catálisis heterogénea, química de superficies, electroquímica y fotoquímica.

El Departamento de Espectroscopia de Estado Sólido está dirigido por Bernhard Keimer. Los fenómenos cuánticos colectivos en materiales electrónicos altamente correlacionados se estudian mediante técnicas espectroscópicas y de dispersión. Los temas de particular interés actual incluyen la interacción entre la carga, los orbitales y los grados de libertad de espín en los óxidos de metales de transición, el mecanismo de la superconductividad de alta temperatura y el control del comportamiento de la fase electrónica en superredes de óxidos metálicos. El departamento también desarrolla nuevos métodos espectroscópicos como la espectroscopia de neutrones de alta resolución y la elipsometría espectral.

Los esfuerzos de investigación del Departamento de Ciencias a Nanoescala, dirigido por Klaus Kern, se centran en la ciencia y la tecnología a escala nanométrica. El objetivo de la investigación interdisciplinaria en la interfaz entre la física, la química y la biología es obtener el control de los materiales a nivel atómico y molecular, lo que permite el diseño de sistemas y dispositivos con propiedades determinadas por el comportamiento cuántico por un lado y que se aproximen a las funcionalidades de la materia viva por el otro.

El departamento de Lotsch emplea técnicas modernas de nanoquímica y las combina con métodos clásicos de síntesis de estado sólido para desarrollar materiales con perfiles de propiedades complejos, incluidos sistemas bidimensionales y heteroestructuras en capas, marcos porosos, nanoestructuras fotónicas y electrolitos sólidos para aplicaciones en (foto)catálisis, detección y baterías de estado sólido.

El Departamento de Química Física de Sólidos, dirigido por Joachim Maier, se ocupa de la electroquímica y el transporte de iones . Se hace hincapié en los conductores iónicos (como los conductores inorgánicos u orgánicos de protones, iones metálicos y iones de oxígeno) y los conductores mixtos (normalmente perovskitas). La investigación abarca desde la exploración de mecanismos básicos hasta el diseño de materiales para aplicaciones electroquímicas (baterías, pilas de combustible, sensores). De especial importancia es la base científica del campo de la nanoiónica.

Las heteroestructuras creadas a partir de materiales complejos, inducidas por fenómenos mecánicos cuánticos, ofrecen un potencial fascinante para crear nuevos sistemas electrónicos. Muchas de ellas tienen propiedades excepcionales que no se encuentran en la naturaleza. El diseño, el desarrollo y la exploración de dichos sistemas electrónicos son el foco del Departamento de Electrónica Cuántica de Estado Sólido encabezado por Klaus von Klitzing . El grupo está dirigido por Jochen Mannhart .

Dirigido por Walter Metzner, las propiedades electrónicas de los sólidos se analizan y calculan en el Departamento de Teoría Cuántica de Muchos Cuerpos con énfasis principal en sistemas donde las correlaciones electrónicas juegan un papel crucial, como cupratos , manganitos y otros óxidos de metales de transición . Además de las transiciones de fase que rompen la simetría y conducen al magnetismo , el orden orbital y de carga o la superconductividad , las correlaciones también pueden causar la localización de electrones y muchos otros efectos sorprendentes de muchos cuerpos no descritos por la aproximación de electrones independientes.

El entrelazamiento de electrones en sólidos, en combinación con detalles de la estructura de la red cristalina, produce una variedad sorprendentemente rica de fases electrónicas, que son estados líquidos, de cristal líquido y cristalinos de los grados de libertad de carga y espín. Estas fases electrónicas complejas y la sutil competencia entre ellas muy a menudo dan lugar a nuevas funcionalidades. El Departamento de Materiales Cuánticos, dirigido por Hidenori Takagi, está estudiando estas interesantes nuevas fases en óxidos de metales de transición y compuestos relacionados donde las estrechas bandas d, que dan lugar a fuertes correlaciones electrónicas, en combinación con la rica química de dichos materiales brindan excelentes oportunidades para nuevos descubrimientos.

• Alí Alavi
• Bernhard Keimer
• Klaus Kern
• Bettina Lotsch
• Joachim Maier
• Jochen Mannhart
• Walter Metzner
• Hidenori Takagi

Desde 2005 se han creado en el instituto 13 grupos de investigación: ^[2]

• Electrónica orgánica (Hagen Klauk, desde 2005)
• Nanoóptica ultrarrápida (Markus Lippitz, profesor adjunto de la Universidad de Stuttgart , 2006-2014)
• Teoría de las nanoestructuras de semiconductores (Gabriel Bester, 2007-2014)
• Espectroscopia de efecto túnel de materiales electrónicos fuertemente correlacionados (Peter Wahl, 2009-2014)
• Enfoques computacionales para la superconductividad (Lilia Boeri, 2009-2013)
• Nanofísica del estado sólido (Jurgen Smet, desde 2011)
• Nanoquímica (Bettina Lotsch, 2011-2016)
• Dinámica de sistemas nanoelectrónicos (Sebastian Loth, colaboración con el Centro de Ciencia del Láser de Electrones Libres, 2011-2018)
• Heteroestructuras funcionales a nanoescala (Ionela Vrejoiu, 2012-2015)
• Espectroscopia de rayos X de heteroestructuras de óxidos (Eva Benckiser, desde 2014)
• Espectroscopia de estado sólido ultrarrápida (Stefan Kaiser, profesor adjunto en la Universidad de Stuttgart, desde 2014)
• Estructura electrónica de materiales correlacionados (Philipp Hansmann, 2015-2018)
• Química cuántica computacional para sólidos (Andreas Grüneis, 2015-2018)

La Escuela Internacional de Investigación Max Planck para la Ciencia de la Materia Condensada (IMPRS-CMS) es un programa conjunto del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido (Max Planck Institut für Festkörperforschung) y la Universidad de Stuttgart. El objetivo de la escuela de investigación es la investigación sobre la materia condensada utilizando métodos experimentales y teóricos avanzados.

Varios Institutos Max Planck en toda Alemania contribuyen a las actividades generales de investigación en este campo tan fascinante, y el Centro Max Planck de Posgrado para Materiales Cuánticos se basa en las actividades de investigación complementarias de los institutos participantes.

El Centro Max Planck-EPFL de Nanociencia y Tecnología Molecular ^[3] sirve como foro para la investigación cooperativa al reunir a científicos de la Sociedad Max Planck y de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL). El centro explora aspectos científicos novedosos de las nanoestructuras moleculares, con especial atención a las nuevas ciencias relevantes para la energía sostenible, la detección química y las tecnologías biomédicas.

El Centro Max Planck-UBC-UTokyo de Materiales Cuánticos <ref>[2] es un proyecto colaborativo entre la Sociedad Max Planck (Alemania), la Universidad de Columbia Británica (Canadá) y la Universidad de Tokio (Japón).

• Ole Krogh Andersen (1978-2012)
• Martín Jansen (1998-2012)
• Klaus von Klitzing
• Hans-Joachim Queisser (1970-1997)
• Arndt Simon (1974-2010)
• Peter Wyder (1984-2001)

El Instituto emplea aproximadamente a 430 personas, incluidos 110 científicos, 90 estudiantes de doctorado y 70 científicos invitados.

48°44′48″N 9°4′51″E / 48.74667°N 9.08083°E / 48.74667; 9.08083