Festkörperforschung

Festkörperforschung bezeichnet die wissenschaftliche Untersuchung der Eigenschaften, Struktur und Dynamik von Festkörpern wie Kristallen, Metallen, Halbleitern, Keramiken und amorphen Materialien. Sie vereint Physik, Materialwissenschaft und Ingenieurwesen und verbindet experimentelle Beobachtungen mit theoretischen Modellen, um das Verhalten von Elektronen, Atomen und Defekten in festen Stoffen zu verstehen. Zentrale Fragestellungen betreffen elektronische Struktur, magnetische Eigenschaften, optische Reaktion, Wärmeleitung und mechanische Eigenschaften sowie die Rolle von Strukturfehlern und Grenzflächen.

Schwerpunkte liegen in der Festkörperphysik, der Materialwissenschaft, der Oberflächen- und Grenzflächenforschung sowie der Nanotechnologie. Typische Themen sind Bandstrukturen, Elektronendichteverteilung, Quantenphänomene wie Supraleitung und Topologie, Thermische Eigenschaften, Phononendynamik und Defektphysik. Forschungsmethoden umfassen experimentelle Techniken wie Röntgen- und Neutronenstreuung, STM/TEM, Spektroskopie sowie Transportmessungen; theoretische Ansätze nutzen Quantenmechanik, Dichtefunktionaltheorie (DFT), Many-Body-Methoden und Formeln der Kubo-Statistik.

Anwendungen finden sich in der Elektronik (Transistoren, integrierte Schaltungen), Photovoltaik, Leuchtdioden, Sensoren, Speichermaterialien und der Entwicklung von Quantenbausteinen. Festkörperforschung treibt auch Entwicklungen in der Energieeffizienz, der nachhaltigen Materialsynthese und der medizinischen Bildgebung voran.

Die Forschung erfolgt an Universitäten, Forschungsinstituten, in der Industrie und in interdisziplinären Zentren weltweit, oft in internationalen Kooperationen. Sie ist geprägt von interdisziplinärer Zusammenarbeit, experimenteller Innovation und der Weiterentwicklung theoretischer Modelle.