Neues Forschungsgroßgerät zur Züchtung von Einkristallen für die physikalische Forschung

Ein neues Forschungsgroßgerät, mit dem hochreine Kristalle für die physikalische und materialwissenschaftliche Grundlagenforschung hergestellt werden können, ist am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg in Betrieb genommen worden. Die Hochdruck-Kristallzüchtungsanlage wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „Werkstoffe mit neuem Design für verbesserte Lithium-Ionen-Batterien“ mit über 600.000 Euro gefördert. Sie steht der Arbeitsgruppe „Korrelierte Elektronen und Magnetismus“ unter der Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Klingeler für die Herstellung von Modellsystemen zur Erforschung grundlegender Prozesse in Lithium-Ionen-Batterien zur Verfügung.

Die Hochdruck-Kristallzüchtungsanlage wurde am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden entwickelt. Sie ermöglicht die Synthese von Einkristallen unter extremen, weltweit nahezu einzigartigen Bedingungen, wie Prof. Klingeler erläutert. Dazu zählen unter anderem ein hoher Gasdruck von bis zu 150 bar sowie Prozesstemperaturen von über 2.700 Grad Celsius, die durch die Fokussierung von Licht mit Hilfe elliptischer Spiegel erreicht werden. „Damit ist diese Anlage optimal geeignet, um Lithium-basierte hochreine Einkristalle herzustellen und ihre grundlegenden physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften zu erforschen.“ Die Forschungsergebnisse werden, so der Heidelberger Physiker, von hoher technologischer Relevanz sein. „Wir versprechen uns davon wichtige Beiträge für die gezielte Entwicklung neuer Materialen für den Einsatz in verbesserten Lithium-Ionen-Batterien.“

Das neue Forschungsgroßgerät ist ein zentraler Baustein des neuen Labors zur materialorientierten Festkörperforschung, das seit 2011 am Kirchhoff-Institut für Physik entsteht. Die Arbeiten dort sind direkt verknüpft mit den Heidelberger Forschungsaktivitäten im Rahmen der Innovationsallianz „Lithium Ionen Batterie LIB 2015“, die unter anderem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert werden. Mittelfristig ist es geplant, die neuartigen Möglichkeiten der Hochdruck-Kristallzüchtungsanlage auch auf grundlagenorientierte Fragestellungen der Arbeitsgruppe von Prof. Klingeler auf dem Gebiet der Quanten-Spinsysteme und komplexer Übergangsmetall-Verbindungen anzuwenden. Sie sind unter anderem für die Erforschung der Hochtemperatur-Supraleitung von Bedeutung.