Forschung in der Physik

Institute

I. Physikalisches Institut

 

• Die Materialforschung konzentriert sich auf die Halbleiterphysik (Prof. Meyer). Mit Methoden der modernen Festkörperspektroskopie und der Oberflächenanalytik werden Halbleiter großer Bandlücke, die Gruppe-III-Nitride (z.Bsp. GaN, SiC), hinsichtlich ihrer Verwendung als optoelektronische und photonische Bauelemente untersucht und optimiert. Breite Fragestellungen von der epitaktischen Herstellung über Materialtransportphänomäne in Schmelzen (Prof. Schwabe) bis zur grundlegenden Charakterisierung werden abgedeckt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die industriebegleitende Untersuchung von hocheffizienten und stabilen Solarzellen (CuInSe₂, CuInS₂, CuGaSe₂)
• In der Atomphysik (Prof. Schartner) werden die Struktur neutraler Atome und die Anregungs- und Ionisierungsmechanismen bei Stoßprozessen zwischen Elektronen, Ionen und Photonen mit Atomen und Molekülen mit Hilfe der hochauflösenden Laserspektroskopie (Prof. Hermann) sowie auch zum Teil mit Beschleunigungsexperimenten (Prof. Hasselkamp) erforscht.
• Verfahren für den optischen schnellen simultanen Multielementnachweis und zur direkten Feststoffanalyse (z.B. Probennahme mittels Laserablation) werden entwickelt.
• Als plasmaphysikalische Anwendungen werden Ionenquellen zur Materialbearbeitung und als extraterrestrische Antriebe untersucht und gebaut.

 

II. Physikalisches Institut

 

Auf dem Gebiet der der experimentellen Schwerionen- und Hadronenphysik wird im Rahmen internationaler Kollaborationen mit diversen Detektorsystemen Forschung betrieben.
Mit dem Photonenspektrometer TAPS (Prof. Metag) werden an diversen europäischen Beschleunigeranlagen Experimente zur Produktion neutraler Mesonen in Schwerionenstößen sowie in der Photoproduktion durchgeführt.

Das Dileptonenspektrometer HADES (Prof. Kühn) an der GSI dient der Untersuchung von Hadroneneigenschaften in Kernmaterie. Mit dem DISTO-Detektor (Prof. Kühn) am LNS-Saturne können Ergebnisse zu Mesonen-Produktionsquerschnitten an der Schwelle sowie zum Strangeness-Inhalt des Nukleons beigetragen werden.
Mit dem HERMES Detektor beim Deutschen Elektronen Synchrotron DESY in Hamburg werden Experimente zum Verständnis des inneren Aufbaus der Protonen und Neutronen aus Quarks und Gluonen durchgeführt. Die Gießener Arbeitsgruppe (Prof. Düren) ist im Bereich der Datenanalyse sowie der Detektorentwicklung tätig.
Im Rahmen der genannten Projekte werden am Institut spezielle Detektoren (v.a. Szintillationskristalle) und Ausleseelektronik sowie schnelle digitale Trigger- und Datenaufnahmesysteme auf Basis programmierbarer Logik entwickelt.

Daneben wird Massenspektrometrie (PD Dr. Geissel) zur Messung der Eigenschaften kurzlebiger Kerne (am ESR, Darmstadt) und zur Spurenanalyse betrieben sowie Flugzeitmassenspektrometer entwickelt.

Institut für Angewandte Physik

Die Forschung im Institut für Angewandte Physik ist in der angewandten Festkörperphysik angesiedelt. Die Forschungsarbeiten gliedern sich in die Arbeitsgebiete Sensorik, Molekulare Materialien und Kleinkühler.

Genannt seien Halbleiterbauelemente für die chemische Gassensorik und supraleitende Bauelemente für höchstempfindliche Detektion elektromagnetischer Signale. Einsatzgebiete umfassen die empfindliche Detektion von Umweltschadstoffen und die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung z.B. von Flugzeugbauteilen. Die Herstellung der Sensoren erfolgt mit modernen experimentellen Verfahren der Dünnschichttechnik für Präparation, Mikrostrukturierung, und Analyse dünner Schichten.

Elektrische und optische Eigenschaften molekularer Halbleiter und nanostrukturierter organisch- anorganischer Kompositmaterialien werden hinsichtlich Anwendungen als technische Elektrodenmaterialien untersucht. Unsere Forschungsprojekte untersuchen die Charakteristika von molekular modifizierten Beschichtungen für organische Feldeffekttransistoren, chemisch sensitive Schichten und photovoltaisch aktive Bauelemente. Dünne Filme werden präpariert, in ihren physikalisch- chemischen Eigenschaften charakterisiert und als Elektrodenmaterialien optimiert.

Für den effizienten Einsatz der Bauelemente werden erforderliche Hilfstechnologien entwickelt, so z.B. neuronale Netze für die chemischen Sensoren, oder extrem störarme Kleinkältemaschinen  für die Kühlung der supraleitenden Magnetfeldsensoren.

 

Institut für Theoretische Physik

Die Teilinstitute und ihre Forschungsgebiete sind:
 

• Das Institut für Theoretische Physik I  
  mit Arbeitsgruppen zur Hadronenphysik, Schwerionenphysik und Exotischen Kernen (Profs. U. Mosel, W. Cassing, H. Lenske und PD M. Thoma). Photoproduktion und Absorption von Mesonen und Resonanzen, Teilchen- erzeugung mit relativistischen Schwerionen, Signale des Quark-Gluon Plasmas in ultrarelativistischen Schwerionenstössen, Struktur und Reaktionen von exotischen Kernen und Hyperkernen sowie astrophysikalische Fragestellungen werden untersucht.
• Das Institut für Theoretische Physik II 
  befasst sich mit atomarer und nuklearer Schwerionenphysik (Profs. W. Scheid und N. Grün). Insbesondere werden dielektronische Rekombinationsprozesse, Paarerzeugung, Ionisation mit relativistischen Schwerionen, Fusionsreaktionen zu superschweren Kernen, inverse Streuprobleme und Teilchen- beschleunigung mit Lasern untersucht.
  
• Das Institut für Theoretische Physik III 
  hat als Forschungsschwerpunkt die Physik der kondensierten Materie, wobei das Hauptinteresse in der Physik ungeordneter Systeme liegt (Profs. A. Bunde und J. Bolterauer). Dabei wird untersucht, wie die physikalischen Eigenschaften durch die strukturelle Unordnung verändert werden; Beispiele dafür sind Polymere, ionenleitende Gläser, und ganz allgemein Perkolationssysteme.

 

Institut für Atom- und Molekülphysik

Die Forschung  des Instituts für Atom- und Molekülphysik (Prof. Müller, PD Dr. Schippers) ist auf Reaktionsprozesse und Strukturen atomarer Systeme gerichtet. Eine Spezialität des Instituts ist die experimentelle Technik der „Colliding Beams“, d.h. der Messungen an gekreuzten oder
ineinander verlaufenden Strahlen von Elektronen, Photonen, Atomen, Molekülen und deren Ionen sowie die darauf basierende
Untersuchung von Stoßvorgängen zwischen einzelnen atomaren Teilchen und Quanten. Ziel der Forschungsarbeiten ist die
Aufklärung elementarer Wechselwirkungsmechanismen atomarer Teilchen sowie die Bestimmung von Anregungszuständen und
Zerfallsprozessen in der Elektronenhülle von neutralen oder elektrisch geladenen Atomen und Molekülen. Die Atom- und
Molekülphysik schlägt mit ihren Forschungsobjekten eine Brücke zwischen der Welt der mikroskopischen Teilchen und
der Welt der makroskopischen Objekte unseres Alltags bis hin zu den großen Dimensionen der Astrophysik.

 

 

Institut für Didaktik der Physik

 

Das Institut für Didaktik der Physik (Prof. Schwarz) befaßt sich mit Fragen des Lernens und Lehrens von Physik. Gegenstand von Forschung und Lehre sind: Entwicklung neuer Experimente für den Physikunterricht, neue Unterrichtskonzepte, Begriffs- und Theorienbildung in der Physik, physikgeschichtliche Analysen und Fragen des Zusammenhangs zwischen Physik und Technik. Von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert werden Projekte zur didaktischen Aufbereitung moderner Entwicklungen: Quantentheorie, Chaosforschung, Relativitätstheorie.

Zu den Aufgaben des Instituts gehören die Technische Grundausbildung im Studiengang Arbeitslehre (Schwerpunkt Technik), die physik- und technikspezifischen Anteile des Sachunterrichts sowie das Schulpraktikum für alle Lehramtsstudiengänge der Physik.