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  Spitze mit atomarer Oberfläche und Spins Urheberrecht: © Markus Ternes   Pyramide mit den Feldern Magnetismus, Elektronik und Mechanik Urheberrecht: © Markus Ternes   Darstellung diverser Wechselwirkungen magnetischer Spins Urheberrecht: © Markus Ternes  

Unsere Forschung nutzt modernste Rastersondenmikroskope, um die Quantenwelt von nanoskaligen Objekten und Phänomenen der Festkörperphysik zu erforschen (a).

Einer unserer Schwerpunkte liegt in der Etablierung der Quantenkontrolle über die Eigenschaften einzelner Atome und Moleküle. Für dieses Ziel benötigen wir ein tiefes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den Teilen und der Umgebung. Deshalb untersuchen wir Modellsysteme aus einzelnen und gekoppelten Atomen oder Molekülen auf atomar wohldefinierten Oberflächen. Anhand dieser Modellsysteme interessiert uns vor allem das komplexe Zusammenspiel von mechanischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften – Größen, die sich gegenseitig bedingen (b) und die wir mit unseren Instrumenten nicht nur detektieren, sondern auch aktiv manipulieren.

Insbesondere Systeme mit einem intrinsischen magnetischen Moment, dem sogenannten Spin, sind für uns von besonderem Interesse. In diesen relativ einfachen Quantensystemen können Eigenschaften wie die magnetische Anisotropie oder die Wechselwirkung zwischen benachbarten Spinmomenten eingestellt werden, was den Wechsel zwischen Einteilchen- und Vielteilchenphysik ermöglicht (c). Dabei werden sowohl hochkorrelierte neuartige Phänomene als auch Übergänge zwischen der klassischen und quantenmechanischen Beschreibung sichtbar, die wir im Experiment direkt beobachten und steuern können.