Materialwissenschaftliche Daten stellen eine Goldmine des 21. Jahrhundert dar, wenn sie umfangreich beschrieben und verfügbar sind. Typische Herausforderung in der Materialwissenschaften stellen die Heterogenität der Daten, das Fehlen einer Kultur des Datenteilens und einer geeigneten Dateninfrastruktur die das Teilen von Daten ermöglichte , nicht-standardisierte Datenformate, Geheimhaltung von Daten und fehlendes Datenmanagement dar.

Eine FAIR(e) (findable, accessible, interoperable and reusable) Dateninfrastruktur ist die notwenidge Voraussetzung dafür, Daten einfach zu teilen und mit Methoden der Datenanalytik und Künstlichen Intelligenz zu erkunden [Ref. Nature Paper]. Ziel ist es, am IKZ eine solche Dateninfrastruktur aufzubauen, die die Anwendung von digitalen Technologien erleichtert, um neue Wertschöpfungen zu erreichen und das bestehende Wissen zu erweitern. Ziel ist es alle Forschungsdaten des Instituts in 10 Jahren in einer FAIRen Infrastruktur zu integrieren und die Datenaufnahme weitestgehend zu automatisieren.

Zur Realisierung unserer Ziele trägt vor allem die Mitarbeit in dem Projekt FAIRmat bei, in dem eine solche FAIRe Dateninfrastruktur für Physik der kondensierten Materie und chemische Physik von Feststoffen aufgebaut wird. Um die Ziele im Institut umzusetzen wurde eine Digitalisierungs-Workgroup gebildet, in der alle Sektionen des Institutes vertreten sind. Themen dieser Arbeitsgruppe sind Entwicklung einer Digitalisierungsstrategie, Data Governance, Research-Data-Management, Training und Weiterbildung der Mitarbeiter und Mitarbeitereinnen.

Für mehr Information wenden Sie sich bitte an Sebastian Brückner.

Halbleiterbasierte Quantenmaterialien

Die IKZ FZ-Si (Floating-Zone-Silizium) Gruppe in der Sektion Volumenkristalle / Halbleiter unterstützt akademische und industrielle Forschung durch ihre Expertise zu isotopenreinen Kristallen wie Silizium-28 und von hochreinen Silizium-Kristallen.

Diese Expertise wird einerseits auch im Hause durch die Sektion Nanostrukturen & Schichten / Halbleiternanostrukturen genutzt, die an Silizium-28-basierten Heterostrukturansätzen zum Design von skalierbaren Spin Qubits als Herzstück künftiger Quantumcomputer arbeitet.

Andererseits werden ultrareine Silizium-Kristalle die Relaxationszeiten der supraleitenden Quantenbits bei den BMBF-Projektpartnern (siehe MagSQuant) verbessern und damit die Effizienz und Stabilität der darauf basierten Quantentechnik erhöhen.
 

Oxidbasierte Quantenmaterialien

Gemeinsam mit Partnern entwickeln wir neuartige Materialien für verlustarme, miniaturisierte und integrierbare Komponenten auf Basis magnetischer und supraleitender Schaltkreise.

Ein Fokus liegt auf magnetischen Dünnfilmen mit langlebigen Magnonen, die auf einem oxidischen Substrat-Dünnfilm-System mit hoher Magnonen-Lebensdauer bei ultratiefen Temperaturen basieren. Das IKZ ist insbesondere auf dem Gebiet der Substratkristall-Entwicklung aktiv. Das BMBF Verbundprojekt „MagSQuant“, koordiniert vom IKZ, umfasst als Partner den Verein zur Förderung von Innovationen durch Forschung, Entwicklung und Technologietransfer e.V. (INNOVENT e.V.) in Jena, die Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau sowie die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Das Zentrum für Lasermaterialien (ZLM) ist in der Sektion Anwendungswissenschaften / Kristalline Materialien für Photonik angesiedelt und arbeitet sehr eng mit der IKZ Sektion Volumenkristalle / Oxide & Fluoride und deren Nachwuchs-Forschungsgruppe "Fluoridkristalle für Photonik-Anwendungen" zusammen.

Es wurde etabliert, um als One-Stop-Agentur sowohl akademische als auch industrielle Partner in F&E Fragen zu Lasermaterialien zu unterstützen. Zentrale Themen sind hierbei Lasermaterialien, die neue Wellenlängenbereiche, effizientere Lasertätigkeit oder höhere Ausgangsleistung ermöglichen. 

Download Flyer: „Center for Laser Materials“

Das EFRE Applikationslabor ´Materialien für die Oxidelektronik` ist Teil der Sektion Nanostrukturen & Schichten / Dünne Oxidfilme. Die Mission ist die Beförderung innovativer Applikationen auf dem Gebiet der künftigen Oxidelektronik mittels maßgeschneiderter funktionaler Oxiddünnschichtsysteme. Beispiele sind biomedizinische ferroelektrische Sensoren für das Internet der Dinge, aktive Röntgenoptiken für zeitaufgelöste Studien oder Leistungselektronik der nächsten Generation auf Ga₂O₃ Basis. Die IKZ Sektion Materialwissenschaft / Experimentelle Charakterisierung ist stark zur Beförderung dieser Aktivitäten involviert.

Die moderne Gesellschaft stützt sich auf eine Vielzahl elektrischer Systeme in Kommunikation, industrieller Fertigung, E-Mobilität etc. Eine zentrale Herausforderung ist hierbei die effiziente und damit klimafreundliche Wandlung elektrischer Energie zur Erfüllung der EU „Green Deal“-Ziele. Siliziumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) erreichen höhere Durchbruchfeldstärken als Silizium, wodurch kompaktere Bauelemente ressourcen-schonend gebaut werden können. β-Ga₂O₃-Kristalle besitzen sogar eine mehr als doppelt so hohe Durchbruchfeldstärke mit niedrigerem Einschaltwiderstand und gelten daher im Hochleistungssektor als das Material der nächsten Generation.

Das IKZ ist heute weltweit führend in der Czochralski-Volumenkristallzüchtung von β-Ga₂O₃ und der Epitaxie funktionaler β-Ga₂O₃-Schichten mittels metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOVPE). Diese Aktivitäten werden von der experimentellen Charakterisierung in den Materialwissenschaften und den Anwendungswissenschaften / Kristalle für Elektronik zur Substratfertigung intensiv unterstützt.

• Angebot: Galliumoxid-Substrate und -Epi-Layer
• Download Flyer: „Gallium Oxide – The Next High Performance Material for High Power Devices“