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Experimentelle Physik III - Arbeitsgruppe Prof. Böhmer

Spektroskopie ungeordneter Festkörper

Unsere Forschung verfolgt das Ziel, die makroskopischen Eigenschaften von kondensierter Materie durch das Studium von Bewegungsprozessen auf mikroskopischer Ebene aufzuklären. Strukturelle und dynamische Unordnung ist oft ein entscheidender Faktor für die Funktion vieler technologisch relevanter Materialien und charakterisiert die meisten der Festkörper und soft matter Systeme, die uns umgeben. Aktuelle Projekte der Arbeitsgruppe konzentrieren sich auf den Ladungstransport und die Molekülrotation in kristallinen und nichtkristallinen Festkörperelektrolyten, in exotischen Eisphasen sowie – aus dem Bereich der weichen Materie – in nanoskalig strukturierten Flüssigkeiten, Polymeren, und ionischen Schmelzen. Die am Lehrstuhl eingesetzten experimentellen Methoden umfassen die Kernspinresonanz, die Rheologie und die elektrische Impedanzspektroskopie.

  • Auf dem Gebiet der Lithium-Ionenleiter gestattet diese Kombination von Methoden eine effiziente Erforschung der für technische Anwendungen wichtigen mechanischen Stabilität und elektrischen Leitfähigkeit. Um Transportmechanismen im Detail zu verstehen, setzen wir die Kernspinresonanz in Kombination mit numerischen Simulationen der Ionen- und Moleküldynamik ein.
  • Aktuell sind etwa 20 kristalline und amorphe, meist bei hohen Drücken erzeugte Eis-Modifikationen bekannt. Etliche dieser Phasen existieren in Eismonden und Eisplaneten unseres Sonnensystems, andere umhüllen den interstellaren Staub oder können in der Stratosphäre auftreten. Unsere Laborexperimente zielen darauf ab, das Wechselspiel von Wassermolekülbewegung und eistypischen Defekten bei der Entstehung und Umwandlung dieser Eisphasen zu ergründen wobei der Wasserstoffbrückendynamik eine zentrale Bedeutung zukommt.
  • Die Eigenschaften von Wasserstoffbrücken erforschen wir auch in weicher Materie. Hier interessiert uns vor allem deren Rolle bei der Strukturbildung in Polymernetzwerken sowie in wasserähnlichen und ionischen Flüssigkeiten sowie deren Einfluss auf die Bewegung von Hydratwasser auf Proteinoberflächen.