Dokumentation 2010 - Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Dokumentation 2010
im August 2011 herausgegeben vom
MAX-PLANCK-INSTITUT FÜR INTELLIGENTE SYSTEME
(ehemals Max-Planck-Institut für Metallforschung)
Stuttgart
Abteilung Theorie inhomogener kondensierter Materie, Prof. Dietrich
Abteilung Niederdimensionale und metastabile Materialien, Prof. Rühle / Prof. Dosch
Abteilung Phasenumwandlungen, Thermodynamik und Kinetik, Prof. Mittemeijer
Abteilung Moderne magnetische Materialien, Prof. Schütz
Abteilung Neue Materialien und Biosysteme, Prof. Spatz
Umschlagbild:
MOFs – Metal-Organic Frameworks – sind eine neue, faszinierende Klasse von kristallinen
Festkörpern. Innerhalb der MOFs bilden Metall-Sauerstoff-Cluster mit organischen
Molekülbrücken ein dreidimensionales Gitter. Diese löchrige Struktur macht die MOFs
sehr leicht und ausgesprochen porös. Die extrem große innere Oberfläche bietet vielen
Wasserstoffmolekülen Platz, so dass diese sich bei tiefen Temperaturen von -196°C aufgrund
von Van-der-Waals-Kräften anlagern. Dieser Prozess der Kryosorption kann effizient und
technisch nutzbar zur Wasserstoffspeicherung eingesetzt werden, denn H2 lässt sich so dichter
packen als im gasförmigen Zustand.
Dr. Michael Hirscher, Abteilung Moderne magnetische Materialien (2010)
Hier aufgeführte Arbeiten aus dem Jahr 2009 lagen bei Redaktionsschluss des vergangenen
Berichts noch nicht vor.
Herausgeber: Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme
(ehemals MPI für Metallforschung)
Heisenbergstr. 3, 70569 Stuttgart
Telefon 0711 689-1933, Telefax 0711 689-3002
E-Mail: [email protected]
http://www.is.mpg.de
Verantwortlich für den Inhalt:
Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Schölkopf
Redaktion: Layout:
Druck:
Heide Klooz
Claudia Däfler
Druckerei Aickelin Druck und Medien, Leonberg
Stand:
August 2011
Inhaltsverzeichnis
Struktur und Gliederung des Instituts
4
Wissenschaftliche Veröffentlichungen
a)
Veröffentlichungen in Zeitschriften und Konferenzberichten
10
b)
Monographien und Beiträge zu Sammelwerken
27
c)
Herausgabe von Zeitschriften 27
Erfindungs- und Patentanmeldungen
28
Abgeschlossene Arbeiten
a)
Habilitation
29
b)
Dissertationen
29
c)
Master- und Diplomarbeiten
30
Doktoranden
32
Gastwissenschaftler
36
Sonstige Mitteilungen
a)
Ehrungen
38
b)
Berufungen / Ernennungen
38
c)
Wissenschaftliche Veranstaltungen
39
d)
Weitere Veranstaltungen
39
Tätigkeitsberichte im Jahrbuch der Max-Planck-Gesellschaft 2010 / 2011
Herstellung von hocheffizienten Nanostrukturen aus kristallinem Silizium
40
bei niedrigen Temperaturen, katalysiert durch Metalle: Die entscheidende
Rolle der Grenzflächenthermodynamik
Zumin Wang, Lars P.H. Jeurgens, Eric J. Mittemeijer
Die süße Hülle lebender Zellen - von der supramolekularen Struktur und
53
Dynamik zur biologischen Funktion
Ralf Richter
3
Dokumentation 2010
Max-Planck-Institut für Metallforschung
Struktur und Gliederung
(2010)
Geschäftsführender Direktor / Kommissarischer Leiter
Prof. Dr. rer. nat. Joachim P. Spatz
Wissenschaftliche Mitglieder
Prof. Dr. rer. nat. Siegfried Dietrich
Prof. Dr. Ir. Eric Jan Mittemeijer
Prof. Dr. rer. nat. Dr. Ing. h.c. Manfred Rühle
Prof. Dr. rer. nat. Gisela Schütz
Prof. Dr. rer. nat. Joachim P. Spatz
Leiter einer Nachwuchsgruppe
Dr. Raquel Martin, MBA / Dr. rer. nat. Christian Böhm
Dr. rer. nat. Ralf Richter
Dr. Ana Garcia-Saez
Dr. Sylvie Roke
Max Planck Fellow
Prof. Dr. rer. nat. Clemens Bechinger
Emeritierte Wissenschaftliche Mitglieder
Prof. Dr. rer. nat. Fritz Aldinger
Prof. Dr. phil. Dr. h.c. Hellmut Fischmeister
Prof. Dr. rer. nat. Volkmar Gerold
Prof. Dr. rer. nat. Helmut Kronmüller
Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Günter Petzow
Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. Alfred Seeger
Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. Günther Tölg
Auswärtige Wissenschaftliche Mitglieder
Prof. Dr. Jacques Friedel, Paris, Frankreich
Prof. Dr. Arthur Heuer, Cleveland, Ohio, USA
Prof. Dr. Johannes Heydenreich, Halle (Saale), Deutschland
Prof. Dr. Frans A. Spaepen, Cambridge, MA, USA
4
Personelles
Dokumentation 2010
Personelles
Fachbeirat
Vorsitzender:
Prof. Dr. Itamar Willner, Jerusalem, Israel
Stellvertretender Vorsitzender:
Prof. Dr. Yves Bréchet, Grenoble, France
Prof. Dr. Friedrich G. Barth, Wien, Österreich
Prof. Dr. Daan Frenkel, Cambridge, Großbritannien
Prof. Dr. George C. Hadjipanayis, Newark, DE, USA
Prof. Dr. Jim M. Howe, Charlottesville, VA,USA
Prof. Dr. Paul Leiderer, Konstanz, Deutschland
Prof. Dr. Gabrielle Long, Argonne, IL, USA
Prof. Dr. Uri Sivan, Haifa, Israel
Prof. Dr. Marcel A. J. Somers, Lyngby, Dänemark
Kuratorium
Vorsitzender:
Prof. Dr. Winfried J. Huppmann, Eschen, Liechtenstein
Stellvertretender Vorsitzender:
Dr. Peter Grahle, Mössingen, Deutschland
Ehrenvorsitzender:
Prof. Dr. Karl Ganzhorn, Sindelfingen, Deutschland
Dr. Siegfried Dais, Gerlingen, Deutschland
Prof. Dr. Thomas Hirth, Stuttgart, Deutschland
Dr. Heinrich Lohstöter, Neumarkt, Deutschland
Dr. Alexander Mäder, Stuttgart
MinDir. Dr. Gisela Meister-Scheufelen, Stuttgart, Deutschland
Prof. Dr.-Ing. Wolfram Ressel, Stuttgart, Deutschland
OB Dr. Wolfgang Schuster, Stuttgart, Deutschland
MinDir. Klaus Tappeser, Stuttgart, Deutschland
Prof. Dr. Eberhard Umbach, Karlsruhe, Deutschland
Prof. Dr. Hans-Joachim Werner, Stuttgart, Deutschland
StS Hubert Wicker, Stuttgart, Deutschland
Prof. Dr. Martin Winterkorn, Wolfsburg, Deutschland
5
Dokumentation 2010
Am Institut tätige Wissenschaftler (Stand 31. Dezember 2010)
Dr. rer. nat. Marcus Abel
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. habil. Peter Antonie van Aken
Prof. Dr. rer. nat. Clemens Bechinger
Dr. rer. nat. Ferdinand Belz
Dr. Anja Christina Bernecker
Dr. rer. nat. Markus Bier
Dr. rer. nat. Ewald Bischoff
Dr. rer. nat. Stephanie Bleicken
Dr. rer. nat. Christian Böhm
Dr. rer. nat. Heike Böhm
Dr. /VAK Moskau Volodymyr Bugaev
Dr. Miguel Castillo-Rodriguez
Dr. rer. nat. Elisabetta Ada Cavalcanti-Adam
Dr. rer. nat. Alex de Beer
Dr. rer. nat. Melissa Delheusy
Dr. rer. nat. Fabian Dörfler
Dr. rer. nat. Mihaela Drumea-Mirancea
Prof. Dr. rer. nat. Manfred Fähnle
Dr. Roberto Fiammengo
Dr. Ana Garcia Saez
Fania Geiger
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. habil. Eberhard Goering
Dr. rer. nat. Nina Christine Grunze
Dr. Tamas Haraszti
Dr. rer. nat. Michael Hirscher
Dr. rer. nat. Vera Catherine Hirschfeld-Warneken
Dr. Ir. Lars P. H. Jeurgens
Priv. Doz. Dr. med. Dieter Kaufmann
Dr. rer. nat. Ralf Kemkemer
Christoph Koch, Ph.D./Arizona State University, Tempe, AZ, USA
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. habil. Michael Krech
Dr. rer. nat. Stefan Kudera
Dr. Ing. Viola Küstner
Dr. rer. nat. Cornelia Lee-Thedieck
Dr. rer. nat. Andreas Leineweber
Dr. rer. nat. Hans-Georg Libuda
6
Personelles
Dokumentation 2010
Personelles
Anna Maria Maciolek, Ph.D., habil.
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. habil. Günter Majer
Dr: Miguel Fernando Mantilla Montilla
Dr. rer. nat. Janos Major
Dr. Raquel Martin, MBA
Elena Materinez Benitez
Dr. rer. nat. Claudia Pacholski
Dr. rer. nat. Fritz Phillipp
Dr. rer. nat. Julien Polleux
Stefan Quint, M.Sc.
Dr. rer. nat. Behnaz Rahmati Kalkhoran
Dr. rer. nat. Markus Rauscher
Dr. rer. nat. Harald Reichert (abgeordnet)
Dr. rer. nat. Gunther Richter
Dr. Sylvie Roke
Dr. rer. nat. Adrian Rühm
Dr. rer. nat. Lothar Schimmele
Carola Schopf
Dr. Richard William Moore Segar
Dr. rer. nat. Wilfried Sigle
Dr. Vesna Srot
Dr. rer. nat. Hermann Stoll
Dr. Agnes Szökefalvi-Nagy
Dr. Mikola Tasinkevych
Dr. Ayse Zeren Turak
Dr. Zumin Wang, Ph.D./Univ. of Science and Technology of China, Hefei, P.R. China
Markus Weigand
Dr. rer. nat Udo Welzel
Dr. rer. nat. Peter Wochner
Patricia Wolny
7
Dokumentation 2010
Wissenschaftliche Mitarbeiter an der Universität Stuttgart,
Institut für Materialwissenschaft, Lehrstuhl I, Prof.Dr. E. J. Mittemeijer
(Stand: 31. Dezember 2010)
Mostafa Biglari, M.Sc.
Dipl.-Ing. Bastian Rheingans
Dr. rer. nat. Ralf Schacherl
Wissenschaftliche Mitarbeiter an der Universität Stuttgart,
Institut für Theoretische und Angewandte Physik
(Stand: 31. Dezember 2010)
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. habil. Ludger Harnau
Dr. rer. nat. Felix Höfling
8
Personelles
Wissenschaftliche Abteilungen
Nachwuchsgruppen
Wissenschaftlicher Service
Wissenschaftliche
Arbeitsgruppe
Gemeinsame
Einrichtungen
mit FKF
Bibliothek
ZWE
EDV
Theorie
inhomogener
kondensierter
Materie
Dietrich*
Tieftemperaturservice
Probenherstellung
ZWE
ANKA
Niederdimensionale
und metastabile
Materialien
Rühle/Dosch*
Fachbeirat
Kuratorium
Glastechnik
Neue Materialien
und
Biosysteme
Spatz**
ZWE
Biomaterialien
Biophysik von Membranen (Garcia)
Biomedizin. Anwendungen (Martin)
Glykobiotechnologie (Richter)
Lichtdiffraktion an Biomat. (Roke)
Feinmechanische
Werkstatt
Dual Beam
Moderne
magnetische
Materialien
Phasenumwandlungen,
Thermodynamik
und Kinetik
ZWE
Röntgenbeugung
Schütz***
Mittemeijer *
ZWE
Analytik
N.N.
S. Dietrich, E.J. Mittemeijer, M. Rühle, G. Schütz, J. Spatz
Kollegium
Stand: Dezember 2010
N.N.
StEM
Max Planck Fellow
(Bechinger)
Weiche Materie
9
*** Honorarprofessur Universität Stuttgart
** Professur an der Universität Heidelberg
* Personalunion m. Universität Stuttgart
N.N.
Geschäftsstelle
Geschäftsführender Direktor
(Kommissarische Leitung)
ZWE
Dünnschichtlabor
Max-Planck-Institut für Metallforschung
Dokumentation 2010
Organigramm
Dokumentation 2010
Veröffentlichungen
Wissenschaftliche Veröffentlichungen (2010)
a) Veröffentlichungen in Zeitschriften und Konferenzberichten
Abou, B., C. Gay, B. Laurent, O. Cardoso, D. Voigt, H. Peisker and S. Gorb: Extensive
collection of femtolitre pad secretion droplets in the beetle Leptinotarsa decemlineata allows
nanolitre mirorheology. Journal of the Royal Society Interface 7, 1745-1752 (2010). DOI:
10.1098/rsif.2010.0075
Abraham, D. B. and A. Maciolek: Casimir interactions in Ising strips with boundary fields: exact
results. Physical Review Letters 105, 5, 055701 (2010). DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.055701
Ahmed, W., T. Wolfram, A. M. Goldyn, K. Bruellhoff, B. Aragües Rioja, M. Möller, J. P. Spatz,
T. Saif, J. Groll and R. Kemkemer: Myoblast morphology and organization on biochemically
micro-patterned hydrogel coatings under cyclic mechanical strain. Biomaterials 31, 250-258
(2010). DOI: 10.1016/j.biomaterials.2009.09.047
van Aken, P. A., W. Sigle, C. T. Koch, B. Ögüt, J. Nelayah and L. Gu: Low-loss EFTEM imaging
of surface plasmon resonances in Ag nanostructures. Microscopy and Microanalysis 16, Suppl.
2, 1438-1439 (2010). DOI: 10.1017/S1431927610056242
Al Bitar, L., D. Voigt, C. P. W. Zebitz and S. N. Gorb: Attachment ability of the codling moth
Cydia pomonella L to rough substrates. Journal of Insect Physiology 56, 1966-1972 (2010).
DOI: 10.1016/j.jinsphys.2010.08.021
von Alfthan, S., N. A. Benedek, L. Chen, A. Chua, D. Cockayne, K. Dudeck, C. Elsässer, M. W.
Finnis, C. T. Koch, B. Rahmati, M. Rühle, S.-J. Shih and A. P. Sutton: The structure of grain
boundaries in strontium titanate: theory, simulation, and electron microscopy. Annual Review of
Materials Research 40, 557-599 (2010). DOI: 10.1146/annurev-matsci-010510-104604
Álvarez, M., A. Best, A. Unger, J. M. Alonso, A. del Campo, M. Schmelzeisen, K. Koynov and M.
Kreiter: Near-field lithography by two-photon-induced photocleavage of organic monolayers.
Advanced Funktional Functions 20, 24, 4265-4272 (2010). DOI: 10.1002/adfm.201000939
Amaladass, E., T. Eimüller, B. Ludescher, T. Tyliszczak and G. Schütz: Magnetization reversal
of Fe/Gd multilayers on self-assembled arrays of nanospheres. Journal of Physics: Conference
Series 200, 072003 (2010). DOI: 10.1088/1742-6596/200/7/072003
Amaladass, E., B. Ludescher, G. Schütz, T. Tyliszczak, M.-S. Lee and T. Eimüller: Nanospheres
generate out-of-plane magnetization. Journal of Applied Physics 107, 053911 (2010). DOI:
10.1063/1.3327797
Apellániz, B., J. L. Nieva, P. Schwille and A. J. García-Sáez: All-or-none versus graded: Singlevesicle analysis reveals lipid composition effects on membrane permeabilization. Biophysical
Journal 99, 11, 3619-3628 (2010). DOI: 10.1016/j.bpj.2010.09.027
Arnold, B., A. Dìaz Ortiz, G. L. W. Hart and H. Dosch: Structure-property maps and optimal
inversion in configurational thermodynamics. Physical Review B 81, 094116 (2010). DOI:
10.1103/PhysRevB.81.094116
Aufrecht, J., W. Baumann, A. Leineweber, V. Duppel and E. J. Mittemeijer: Layerstacking irregularities in C36-type Nb-Cr and Ti-Cr laves phases and their relation with
polytypic phase transformations. Philosophical Magazine 90, 3149-3175 (2010). DOI:
10.1080/14786435.2010.482068
10
Dokumentation 2010
Veröffentlichungen
Aufrecht, J., A. Leineweber, V. Duppel and E. J. Mittemeijer: Transformation-dislocation
dipoles in Laves phases: a high-resolution transmission electron microscopy analysis. Journal of
Materials Research 25, 1983-1991 (2010).
Aufrecht, J., A. Leineweber, A. Senyshyn and E. J. Mittemeijer: Absence of a stable hexagonal
laves phase modification (NbCr2) in the Nb-Cr system. Scripta Materialia 62, 227-230 (2010).
DOI: 10.1016/j.scriptamat.2009.11.002
Aydin, D., I. Louban, N. Perschmann, J. Blümmel, T. Lohmüller, E. A. Cavalcanti-Adam, T. L.
Haas, H. Walczak, H. Kessler, R. Fiammengo and J. P. Spatz: Polymeric substrates with tunable
elasticity and nanoscopically controlled biomolecule presentation. Langmuir 26, 19, 1547215480 (2010). DOI: 10.1021/la103065x
Aydogdu, G. H., Y. Kuru, J. Nelayah, P. A. van Aken and H.-U. Habermeier: Thickness
dependent microstructural changes in La0.5Ca0.5MnO3 thin films deposited on (111) SrTiO3. Thin
Solid Films 518, 16 (2010) 4667-4669. DOI: 10.1016/j.tsf.2009.12.055
Babich, I. M., E. H. Brandt, G. P. Mikitik and E. Zeldov: Critical current in type-II
superconductors near the order-disorder transition. Physical Review B 81, 5, 054517 (2010).
DOI: 10.1103/PhysRevB.81.054517
Bakradze, G., L. P. H. Jeurgens and E. J. Mittemeijer: Oxide-film growth kinetics on Zr(0001)
and Zr(10-10) single-crystal surfaces. Surface and Interface Analysis 42, 588-591 (2010). DOI:
10.1002/sia.3235
Bauer, R., E. Bischoff and E. J. Mittemeijer: Natural formation of bcc Co: initial stage of Co
precipitation in Supersaturated Au90Co10. Physical Review B 81, 094113 (2010). DOI: 10.1103/
PhysRevB.81.094113
Bauer, S., J. G. Brunner, H. Jha, Y. Yasukawa, H. Asoh, S. Ono, H. Böhm, J. P. Spatz and P.
Schmuki: Ordered nanopore boring in silicon: Metal-assisted etching using a self-aligned
block copolymer Au nanoparticle template and gravity accelerated etching. Electrochemistry
Communications 12, 565-569 (2010). DOI: 10.1016/j.elecom.2010.02.00
Bauer, T., F. Höfling, T. Munk, E. Frey and T. Franosch: The localization transition of the twodimensional Lorentz model. European Physical Journal - Special Topics 189, 1, 103-118 (2010).
DOI: 10.1140/epjst/e2010-01313-1
Baumann, W. and A. Leineweber: Solid solubility by anti-site atoms in the C36-TiCr2 Laves
phase revealed by single-crystal X-ray diffractometry. Journal of Alloys and Compounds 505,
492-496 (2010). DOI 10.1016/j.jallcom.2010.06.117
Baumann, W., A. Leineweber and E. J. Mittemeijer: The influence of plastic deformation on
polytypic phase transformations in TiCr2 Laves phases. Scripta Materialia 63, 1041-1044
(2010). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2010.07.020
Baumann, W., A. Leineweber and E. J. Mittemeijer: Failure of Kissinger(-like) methods for
determination of the activation energy of phase transformations in the vicinity of the equilibrium
phase-transformation temperature. Journal of Materials Science 45, 6075-6082 (2010). DOI:
10.1007/s10853-010-4693-z
Beck, P. and M. Fähnle: Dzyaloshinskii-Moriya interactions in systems with fabrication induced
strain gradients: ab-initio study. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322, 3701-3703
(2010). DOI: 10.1016/j.jmmm.2010.07.029
Bernardino, N. R., V. Blickle and S. Dietrich: Wetting of surfaces covered by elastic hairs.
Langmuir 26, 10, 7233-7241 (2010). DOI: 10.1021/la904345r
Bernardino, N. R. and S. Dietrich: Comment on biomimetic ultrathin whitening by capillaryforce-induced random clustering of hydrogel micropillar arrays. ACS Applied Materials &
Interfaces 2, 3, 603-604 (2010). DOI: 10.1021/am900774x
11
Dokumentation 2010
Veröffentlichungen
Bier, M. and S. Dietrich: Vapor pressure of ionic liquids. Molecular Physics 108, 2, 211-214
(2010). DOI: 10.1080/00268971003604609
Bier, M. and S. Dietrich: Vapour pressure of ionic liquids. Corrigendum. Molecular Physics
108, 10, 1413-1413 (2010). DOI: 10.1080/00268976.2010.481091
Bier, M., R. van Roij and M. Dijkstra: Phase diagrams of binary mixtures of oppositely charged
colloids. Journal of Chemical Physics 133, 12, 124501 (2010). DOI: 10.1063/1.3479883
Bisig, A., J. Rhensius, M. Kammerer, M. Curcic, H. Stoll, G. Schütz, B. Van Waeyenberge,
K. W. Chou, T. Tyliszczak, L. J. Heyderman, S. Krzyk, A. von Bieren and M. Kläui: Direct
imaging of current induced magnetic vortex gyration in an asymmetric potential well. Applied
Physics Letters 96, 152506 (2010). DOI: 10.1063/1.3373590
Böhm, H., T. Mundinger, V. Hagel, C. H. J. Böhm and J. P. Spatz: Analyzing the mesoscopic
structure of pericellular coats on living cells. In: Biological Materials and Structures in
Physiologically Extreme Conditions and Disease, (Eds.) M.J. Buehler, D. Kaplan, C.T. Lim, J.
Spatz. MRS Symposium Proceedings, Vol. 1274. MRS, Warrendale, PA, USA 2010, 19-24
Borodich, F. M., E. V. Gorb and S. N. Gorb: Fracture behaviour of plant epicuticular wax
crystals and its role in preventing insect attachment: a theoretical approach. Applied Physics A
100, 63-71 (2010). DOI: 10.1007/s00339-010-5794-x
Boskovic, S., S. Zec, G. Brankovic, Z. Brankovic, A. Devecerski, B. Matovic and F. Aldinger:
Preparation, sintering and electrical properties of nano-grained multidoped ceria. Ceramics
International 36, 121-127 (2010). DOI: 10.1016/j.ceramint.2009.07.015
Brandt, E. H.: Electrodynamics of superconductors exposed to high frequency fields. In:
Proceedings of the 2nd International Workshop on Thin Films and New Ideas for Pushing the
Limits of RF Superconductivity, (Ed.) V. Palmieri. INFN-LNL-228. 2009, 10-21
Brandt, E. H.: Ideal and distorted vortex lattice in bulk and film superconductors (Review). Low
Temperature Physics 36, 1, 2-12 (2010). DOI: 10.1063/1.3293696
Brandt, E. H., G. P. Mikitik and E. Zeldov: Deforming and moving a vortex by the tip
of a magnetic force microscope. Physica C 470, 19, 782-785 (2010). DOI: 10.1016/j.
physc.2010.02.030
Brandt, E. H., G. P. Mikitik and E. Zeldov: Nanomechanics of an individual vortex in a type-II
superconductor. Physica C 470, S894-S895 (2010). DOI: 10.1016/j.physc.2009.11.149
Brück, S., S. Macke, E. Goering, X. Ji, Q. Zhan and K. M. Krishnan: Coupling of Fe and
uncompensated Mn moments in exchange-biased Fe/MnPd. Physical Review B 81, 13, 134414
(2010). DOI: 10.1103/PhysRevB.81.134414
Brunner, D.: Temperature dependance of the plastic flow of high-purity tungsten single
crystals. International Journal of Materials Research 101, 8, 1003-1013 (2010). DOI:
10.3139/146.110362
Bublat, T. and D. Goll: Temperature dependence of the magnetic properties of L10-FePt
nanostructures and films. Journal of Applied Physics 108, 11, Seq. No.: 113910 (2010). DOI:
10.1063/1.3512906
Campesi, R., F. Cuevas, M. Latroche and M. Hirscher: Hydrogen spillover measurements of
unbridged and bridged metal-organic frameworks - revisited. Physical Chemistry Chemical
Physics 12, 10457-10459 (2010). DOI: 10.1039/c0cp00037j
Carton, I., A. R. Brisson and R. P. Richter: Label-free detection of clustering of membranebound proteins. Analytical Chemistry 82, 9275-9281 (2010). DOI: 10.1021/ac102495q
Carton, I., L. Malinina and R. P. Richter: Dynamic modulation of the glycosphingolipid content
in supported lipid bilayers by glycolipid transfer protein. Biophysical Journal 99, 9, 2947-2956
(2010). DOI: 10.1016/j.bpj.2010.09.016
12
Dokumentation 2010
Veröffentlichungen
Castillo-Rodríguez, M., A. Muñoz, J. Castaing, P. Veyssière and A. Domínguez-Rodríguez: Basal
slip latent hardening by prism plane slip dislocations in sapphire (a-Al2O3). Acta Materialia 58,
17, 5610-5619 (2010). DOI: 10.1016/j.actamat.2010.06.033
Castillo-Rodriguez, M. and W. Sigle: Dislocation dissociation and stacking-fault energy
calculation in strontium titanate. Scripta Materialia 62, 5, 270-273 (2010). DOI: 10.1016/j.
scriptamat.2009.11.016
Chakraborty, J., U. Welzel and E. J. Mittemeijer: Mechanisms of interdiffusion in Pd-Cu thin
film diffusion couples. Thin Solid Films 518, 2010-2020 (2010). DOI: 10.1016/j.tsf.2009.08.026
Chen, W., Z. L. Fan, L. Gu, X. H. Bao and C. L. Wang: Enhanced capacitance of manganese
oxide via confinement inside carbon nanotubes. Chemical Communications 46, 22, 3905-3907
(2010). DOI: 10.1039/c000517g
Ciach, A. and A. Maciolek: Distribution of ions near a charged selective surface in critical
binary solvents. Physical Review E 81, 4, 041127 (2010). DOI: 10.1103/PhysRevE.81.041127
Clark, B. G., D. S. Gianola, O. Kraft and C. P. Frick: Size independent shape memory behavior
of nickel-tatanium. Advanced Engineering Materials 12, 8, 808-815 (2010). DOI: 10.1002/
adem.201000048
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by analytical transmission electron microscopy. Solid State Ionics 181, 35-36, 1616-1622
(2010). DOI: 10.1016/j.ssi.2010.08.026
Stadelmaier, H. H., H. Kronmüller and D. Goll: Samarium-cobalt 2:17 magnets: Identifying
Smn+1Co5n-1 phases stabilized by Zr. Scripta Materialia 63, 843-846 (2010). DOI: 10.1016/j.
scriptamat.2010.06.033
23
Dokumentation 2010
Veröffentlichungen
Steiauf, D., C. Illg and M. Fähnle: Extension of Yafet’s theory of spin relaxation to
ferromagnets. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322, L5-L7 (2010). DOI:
10.1016/j.jmmm.2009.10.055
Steiauf, D., C. Illg and M. Fähnle: Demagnetization on the fs time-scale by the Elliott-Yafet
mechanism. Journal of Physics: Conference Series 200, 042024 (2010). DOI: 10.1088/17426596/200/4/042024
Stein, F., M. Palm, G. Frommeyer, P. Jain, K. S. Kumarz, L. Siggelkow, D. Grüner, G. Kreiner
and A. Leineweber: Microstructural investigations of the unusual deformation behavior of
Nb2Co7.. In: Advanced Intermetallic-Based Alloys for Extreme Environment and Energy
Applications Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol. 1128. Materials
Research Society, Warrendale, PA, USA 2009, 457-462
Straumal, B. B., B. Baretzky, O. A. Kogtenkova, A. B. Straumal and A. S. Sidorenko: Wetting of
grain boundaries in Al by the solid Al3Mg2 phase. Journal of Materials Science 45, 2057-2061
(2010). DOI: 10.1007/s10853-009-4014-6
Straumal, B. B., O. A. Kogtenkova, A. B. Straumal, Y. O. Kuchyeyev and B. Baretzky: Contact
angles by the solid-phase grain boundary wetting (coverage) in the Co-Cu system. Journal of
Materials Science 45, 16 (2010) 4271-4275. DOI: 10.1007/s10853-010-4377-8
Straumal, B. B., A. A. Myatiev, P. B. Straumal, A. A. Mazilkin, S. G. Protasova, E. Goering and
B. Baretzky: Grain boundary layers in nanocrystalline ferromagnetic zinc oxide. JETP Letters
92, 6, 396-400 (2010). DOI: 10.1134/S0021364010180074
Straumal, B. B., S. G. Protasova, A. A. Mazilkin, A. A. Myatiev, P. B. Straumal, G. Schütz, E.
Goering and B. Baretzky: Ferromagnetic properties of the Mn-doped nanograined ZnO films.
Journal of Applied Physics 108, 073923 (2010). DOI: 10.1063/1.3486044
Straumal, B. B., V. G. Sursaeva and B. Baretzky: Grain boundary ridges and triple lines. Scripta
Materialia 62, 12, 924-927 (2010). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2010.02.018
Sturm, S., M. A. Gülgün, G. Richter, F. M. Morales, R. M. Cannon and M. Rühle: The role of
Si impurities in the transient dopant segregation and precipitation in yttrium-doped alumina.
International Journal of Materials Research 101, 95-101 (2010). DOI: 10.3139/146.110258
Tamach, L., D. Pontoni, T. Hofmann, B. M. Ocko, H. Reichert and M. Deutsch: Atomic-scale
structure of a liquid metal-insulator interface. The Journal of Physical Chemistry Letters 1,
1041-1045 (2010). DOI: 10.1021/jz1000209
Tasinkevych, M. and D. Andrienko: Colloidal particles in liquid crystal films and at interfaces.
Condensed Matter Physics 13, 3, 33603 (2010)
Tavakoli, A. H., P. Gerstel, J. A. Golczewski and J. Bill: Crystallization kinetics of Si3N4 in
Si-B-C-N polymer-derived ceramics. Journal of Materials Research 25, 11, 2150-2158 (2010).
DOI: 10.1557/jmr.2010.0282
Tavakoli, A. H., P. Gerstel, J. A. Golczewski and J. Bill: Kinetic effect of boron on the thermal
stability of Si-(B-)C-N polymer-derived ceramics. Acta Materialia 58, 6002-6011 (2010). DOI:
10.1016/j.actamat.2010.07.017
Tavakoli, A. H., P. Gerstel, J. A. Golczewski and J. Bill: Quantitative X-ray diffraction analysis
and modeling of the crystallization process in amorphous Si-B-C-N polymer derived ceramics.
Journal of the American Ceramic Society 93, 1470-1478 (2010). DOI: 10.1111/j.15512916.2009.03591.x
Telfah, A., G. Majer, K. D. Kreuer, M. Schuster and J. Maier: Formation and mobility of
protonic charge carriers in methyl sulfonic acid-water mixtures: A model for sulfonic acid based
ionomers at low degree of hydration. Solid State Ionics 181, 461-465 (2010)
24
Dokumentation 2010
Veröffentlichungen
Toldin, F. P. and S. Dietrich: Critical Casimir forces and adsorption profiles in the presence of a
chemically structured substrate. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, Nov.,
P11003 (2010). DOI: 10.1088/1742-5468/2010/11/P11003
Treiber, S. and J. Albrecht: The formation and propagation of flux avalanches in tailored MgB2
films. New Journal of Physics 12, 093043 (2010). DOI: 10.1088/1367-2630/12/9/093043
Tröndle, M., S. Kondrat, A. Gambassi, L. Harnau and S. Dietrich: Critical Casimir effect for
colloids close to chemically patterned substrates. Journal of Chemical Physics 133, 7, 074702
(2010). DOI: 10.1063/1.3464770
Turak, A., J. Hanisch, E. Barrena, U. Welzel, F. Widmaier, E. Ahlswede and H. Dosch:
Systematic analysis of processing parameters on the ordering and performance of working
poly(3-hexyl-thiophene): [6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester solar cells. Journal of
Renewable and Sustainable Energy 2, 053103 (2010). DOI: 10.1063/1.3488381
Turak, A., J. Heidkamp and H. Dosch: Molecular heterojunction morphology on rough substrate
surfaces: component separation by Fourier subtraction. Nanotechnology 21, 28, 285705 (2010).
DOI: 10.1088/0957-4484/28/285705
Valiev, R. Z., M. Y. Murashkin, A. Kilmametov, B. Straumal, N. Q. Chinh and T. Langdon:
Unusual super-ductility at room temperature in an ultrafine-grained aluminum alloy. Journal of
Materials Science 45, 17, 4718-4724 (2010). DOI: 10.1007/s10853-010-4588z
Vlad, A., A. Stierle, M. Marsman, G. Kresse, I. Costina, H. Dosch, M. Schmid and P. Varga:
Metastable surface oxide on CoGa(100): structure and sanity. Physical Review B 81, 115402
(2010). DOI: 10.1103/PhysRevB.81.115402
Voigt, D. and S. Gorb: Locomotion in a sticky terrain. Anthropod-Plant Interactions 4, 69-79
(2010). DOI: 10.1007/sl1829-010-9088-1
Voigt, D. and S. Gorb: Egg attachment of the asparagus beetle Crioceris asparagi to the
crystalline waxy surface of Asparagus officinalis. Proceedings of the Royal Society of London.
Series B 277, 1683, 895-903 (2010). DOI: 10.1098/rspb.2009.1706
Voigt, D., J. M. Schuppert, S. Dattinger and S. N. Gorb: Temporary stay at various
environmental humidities affects attachment ability of Colorado potato beetles Leptinotarsa
decemlineata (Coleoptera, Chrysomelidae). Journal of Zoology 281, 227-231 (2010). DOI:
10.1111/j.1469-7998.2010.00704.x
Voigt, S. N. and S. Gorb: Desiccation resistance of adhesive secretion in the protocarnivorous
plant Roridula gorgonias as an adaption to periodically dry environment. Planta 232, 1511-1515
(2010). DOI: 10.1007/s00425-010-1270-2
Volberg, T., J. Ulmer, J. P. Spatz and B. Geiger: Chemical and mechanical micro-diversity of
the extracellular matrix. In: IUTAM Symposium on Cellular, Molecular and Tissue Mechanics,
(Eds.) K. Garikipati, E. M. Arruda. IUTAM Bookseries, Vol. 16. Springer, Dordrecht [et al.]
2010, 69-79
Volpe, G., L. Helden, T. Brettschneider, J. Wehr and C. Bechinger: Influence of noise
on force measurements. Physical Review Letters 104, 170602 (2010). DOI: 10.1103/
PhysRevLett.104.170602
Walz, F., V. A. M. Brabers and H. Kronmüller: Point-defect interactions in electron-irradiated
titanomagnetites - as analysed by magnetic after-effect spectroscopy on annealing within 80 K <
Ta < 1200 K. Journal of Physics: Condensed Matter 22, 4, 046007 (2010). DOI: 10.1088/09538984/22/4/046007
Weser, M., Y. Rehder, K. Horn, M. Sicot, M. Fonin, A. B. Preobrajenski, E. N. Voloshina,
E. Goering and Y. S. Dedkov: Induced magnetism of carbon atoms at the graphene/Ni(111)
interface. Applied Physics Letters 96, 012504 (2010). DOI: 10.1063/1.3280047
25
Dokumentation 2010
Veröffentlichungen
Wickström, S. A., A. Lange, M. W. Hess, J. Polleux, J. P. Spatz, M. Krüger, K. Pfaller, A.
Lambacher, W. Bloch, M. Mann, L. A. Huber and R. Fässler: Integrin-linked kinase controls
microtubule dynamics required for plasma membrane targeting of caveolae. Developmental Cell
19, 4, 574-588 (2010). DOI: 10.1016/j.devcel.2010.09.007
Wochner, P., C. Gutt, T. Autenrieth, T. Demmer, V. N. Bugaev, A. Díaz Ortiz, A. Duri, F. Zontone,
G. Grübel and H. Dosch: Finding order in disorder by X-ray speckle cross correlation. ESRF
Highlights 2009, 59-61 (2010)
Wöhrle, T., A. Leineweber and E. J. Mittemeijer: Influence of the chemical potential of carbon
on the microstructural and compositional evolution of the compound layer developing upon
nitrocarburising of α-iron. In: Proceedings of the European Conference on Heat Treatment 2010
Nitriding and Nitrocarburising, (Eds.) Hoffmann, F.; Klümper-Westkamp, H. AWT, Bremen
(2010) 17-25.
Wöhrle, T., A. Leineweber and E. J. Mittemeijer: Influence of the chemical potential of carbon
on the microstructural and compositional evolution of the compound layer developing upon
nitrocarburizing of α-iron. HTM Journal of Heat Treatment and Materials 65, 243-248 (2010)
Wohlfart, E., J. P. Fernández-Blázquez, E. Knoche, E. Pérez, E. Arzt and A. del Campo:
Nanofibrillar pattern etching: the influence of polymer crystallinity and orientation in surface
morphology. Macromolecules 43, 9908-9917 (2010). DOI: 10.1021/ma101889s
Wolny, P. M., S. Banerji, C. Gounou, A. R. Brisson, A. J. Day, D. G. Jackson and R. P. Richter:
Analysis of CD44-hyaluronan interactions in an artificial membrane system: insights into the
distinct binding properties of high and low molecular weight hyaluronan. Journal of Biological
Chemistry 285, 30170-30180, - (2010). DOI: 10.1074/jbc.M110.137562
Wolny, P. M., J. P. Spatz and R. P. Richter: On the adsorption behavior of biotin-binding proteins
to gold and silica. Langmuir 26, 2, 1029-1034 (2010). DOI: 10.1021/1a902226b
Yu, Y., L. Gu, C. Zhu, S. Tsukimoto, P. A. van Aken and J. Maier: Reversible storage of lithium
in silver-coated three-dimensional macroporous silicon. Advanced Materials 22, 20, 2447-2450
(2010). DOI: 10.1002/adma.200903755
Zapata-Solvas, E., D. Gómez-García, R. Poyato, Z. Lee, M. Castillo-Rodríguez, A. DomínguezRodríguez, V. Radmilovic and N. P. Padture: Microstructural effects on the creep deformation of
alumina/single-wall carbon nanotubes composites. Journal of the American Ceramic Society 93,
7, 2042-2047 (2010). DOI: 10.1111/j.1551-2916.2010.03681.x
Zettl, U., M. Ballauff and L. Harnau: A fluorescence correlation spectroscopy study of
macromolecular tracer diffusion in polymer solutions. Journal of Physics: Condensed Matter 22,
494111 (2010). DOI: 10.1088/0953-8984/22/49/494111
Zhang, Y., E. Barrena, X. N. Zhang, A. Turak, F. Maye and H. Dosch: New insight into the role
of the interfacial molecular structure on growth and scaling in organic heterostructures. Journal
of Physical Chemistry C 2010, 13752-13758 (2010). DOI: 10.102/jp103841t
Zlotnikov, I., I. Gotman, Z. Burghard, J. Bill and E. Y. Gutmanas: Synthesis and mechanical
behavior of bioinspired ZrO2–organic nacre-like laminar nanocomposites. Colloids and
Surfaces A: Physicochemical end Engineering Aspects 361, 138-142 (2010). DOI: 10.1016/j.
colsurfa.2010.03.013
26
Dokumentation 2010
Veröffentlichungen
b) Monographien und Beiträge zu Sammelwerken
Hirscher, M. (Ed.): Handbook of Hydrogen Storage. Wiley-VCH, Weinheim 2010, 353 p.
Hirscher, M. and B. Panella: Physisorption in porous materials. In: Handbook of Hydrogen
Storage, (Ed.) M. Hirscher. Wiley-VCH , Weinheim 2010, 39-62
Lohmüller, T., R. Brunner and J. P. Spatz: Improved properties of optical surfaces by following
the example of the “Moth Eye”. In: Biomimetics, Learning from Nature, (Ed.) A. Mukherjee.
INTECH, o.O. 2010, 451-466.
Lohmüller, T. and J. P. Spatz: Diblock copolymer micelle nanolithography: characteristics and
application. In: Nanotechnology, Vol. 8, (Ed.) L. Chi. Wiley-VCH, Weinheim 2010, 291-315
Mecke, K., K. Falk and M. Rauscher: Dynamics of nanoscopic capillary waves. In: Nonlinear
Dynamics of Nanosystems, (Eds.) G. Radons, B. Rumpf, H. G. Schuster. Wiley-VCH, Berlin
2010, 121-142
Mittemeijer, E. J.: Fundamentals of Materials Science. Springer, Berlin, Heidelberg 2010, 594 p.
Rauscher, M. and S. Dietrich: Nanofluidics of thin liquid films. In: Handbook of Nanophysics,
Vol 1. Principles and Methods, (Ed.) K. D. Sattler. CRC Press, Boca Raton 2010, 11-1 – 11-23
Schmitz, B. and M. Hirscher: Adsorption technologies. In: Hydrogen and Fuel Cells, (Ed.) D.
Stolten. Wiley-VCH, Weinheim 2010, 431-445
c) Herausgabe von Zeitschriften
Aldinger, F. ist Mitglied des Editorial Board des „Journal of Ceramic Processing Research
(Korea)”
Aldinger, F. ist Mitglied des Editorial Boards (Regional Editor) der Zeitschrift „Science of
Sintering“
Dietrich, S., ist Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift „Molecular Physics“
Frank, W. ist Mitglied des Board of Editors der Zeitschrift „Applied Physics A“
Frank, W. ist Mitglied des Editorial Advisory Board der Zeitschrift „Materials Chemistry and
Physics“ einschließlich der „Materials Science Communications“
Hofmann, S. ist Mitglied des Advisory Editorial Board der Zeitschrift „Applied Surface
Science“
Hofmann, S. ist Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift „CRC Critical Reviews in Solid
State and Materials Science“
Hofmann, S., ist Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift „Thin Solid Films“
Hofmann, S. ist Mitglied des Editorial Advisory Board der Zeitschrift „Surface and Interface
Analysis“
Hofmann, S. ist Mitglied des Editorial and Advisory Board des „Journal of Advanced Science
(Japan)“
Hofmann, S. ist Mitglied des Editorial and Advisory Boards des „Journal of Surface Analysis
(Japan)“
Mittemeijer, E. J., B. Scholtes und H. Altena sind Herausgeber der Zeitschrift „HTM Journal of
Heat Treatment and Materials“
Mittemeijer, E. J. ist Mitglied des Editorial Board der „Zeitschrift für Kristallographie“
27
Dokumentation 2010
Erfindungen & Patente
Mittemeijer, E. J. ist Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift „International Materials
Reviews“
Mittemeijer, E. J. ist Mitglied des Editorial Board des „Journal of ASTM International“
Mittemeijer, E. J. ist Mitglied des Advisory Board der Zeitschrift „Materials Science Forum“
Mittemeijer, E. J. ist Mitglied des Editorial Advisory Board des „Journal of Alloys and
Compounds“
Mittemeijer, E. J. ist Mitglied des Editorial Advisory Board des „Open Materials Science
Journal”
Petzow, G. ist Herausgeber der Zeitschrift „Praktische Metallographie – Practical
Metallography“
Petzow, G. ist Herausgeber der Schriftenreihe „Sonderbände der Praktischen Metallographie“
Rühle, M., Mittemeijer, E. J., G. Petzow und F. O. R. Fischer sind „Managing Editors“ des
„International Journal of Materials Research“
Rühle, M.. ist Mitglied des Editorial Board des „Journal of Ceramic Processing Research
(Korea)“
Rühle, M. ist Mitherausgeber des „Annual Review of Materials Research“
Rühle, M. ist Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift „Materials Science and Engineering A“
Rühle, M. ist Mitglied des Advisory Editorial Board der Zeitschrift „Ultramicroscopy“
Seeger, A. ist Mitglied des Advisory Board der Zeitschrift „Philosophical Magazine“
Seeger, A. ist Mitglied des Advisory Board der Zeitschrift „Philosophical Magazine Letters“
Seeger, A. ist Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift „physica status solidi a – applications
on materials sciences“
Seeger, A. ist Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift „physica status solidi b - basic solid
state physics“
Spatz, J. P. ist Co-Editor der Zeitschrift „Biointerphases“
Spatz, J. P. ist Associate Editor der Zeitschrift „Nano Letters“
Spatz, J. P. ist Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift „Soft Matter“
Erfindungs- und Patentanmeldungen
Böhm, C.: Passives rein mikrofluidisches Verfahren zur Analyse und Sortierung von Tropfen
durch Verwendung mikrofluidischer Marker für biologische und chemische Reaktionen
innerhalb der Tropfen. MI 4221, DPA 26.07.2010, DE 102010032203
Morhard, C., Pacholski, C., J. P. Spatz and R. Brunner: Production of highly ordered nanopillar
or nanohole structure on large areas. MI 4241
Spatz, J. P., C. Pacholski, T. Schön, L. Purwaningsih and T. Wolfram: Metal capped nanopillars
for cell attachment. MI 4197
(MI: Max-Planck-Innovation GmbH
DPA: Deutsches Patentamt)
28
Dokumentation 2010
Abgeschlossene Arbeiten
Abgeschlossene Arbeiten
a) Habilitation
Goll, D.: Advanced ferromagnetic nanostructures. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
b) Dissertationen
Almenar Egea, L.: Dynamics of complex fluids at liquid-solid interfaces. Universität Stuttgart,
Stuttgart 2010
Aufrecht, J.: Phase transformations of the NbCr2 and HfCr2 Laves phases. Universität Stuttgart,
Stuttgart 2010
Bauer, R.: Solid-solid phase transformation kinetics. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Baumann, W.: Phase-transformation kinetics of TiCr2 Laves phases. Universität Stuttgart,
Stuttgart 2010
Belz, F.: Immunologisch aktive nanostrukturierte Grenzflächen für die Bestimmung räumlicher
Parameter der Mastzellaktivierung. Universität Heidelberg, Heidelberg 2010
Curcic, M.: Selektives Schalten der Vortexkern-Polarisation in ferromagnetischen
Nanostrukturen mittels rotierender Magnetfelder. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Dörfler, F.: Statics and dynamics of simple fluids on chemically patterned substrates. Universität
Stuttgart, Stuttgart, Germany 2010
Ellinger, C.: In-situ oxidation study of flat and steppend binary alloy surfaces. Universität
Stuttgart, Stuttgart, Germany 2010
Geiger, F.: Tabakmosaikvirus-Hüllproteinvarianten als Bausteine für die Nano- und
Arraytechnologie. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Guzowski, J.: Capillary interactions between colloidal particles at curved fluid interfaces.
Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Hung Low, C.: Screening the cell adhesion activity of muscle skeletal progenitor cells on
defined nanopatterns. Universität Heidelberg, Heidelberg 2010
Khorshidi, N.: In-situ X-ray studies of model electrode surfaces for solid oxide fuel cells.
Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Kodali, V. K.: New materials and methods for studying macrophages at interfaces. Universität
Heidelberg, Heidelberg 2010
Maus, L.: Entwicklung stabiler Gold-Nanopartikel-Peptid-Konjugate zur Untersuchung
von Rezeptor-Liganden Wechselwirkungen im zellulären System. Universität Heidelberg,
Heidelberg 2010
Morhard, C.: Herstellung effektiver Medien mittels mizellarer Blockcopolymer
Nanolithographie. Universität Heidelberg, Heidelberg 2010
Nuelle, M. M.: Spin-echo resolved neutron scattering from self-organised polymer interfaces.
Universitaet Stuttgart, Stuttgart 2010
Perschmann, N.: Synthese und quantitative Analyse von strukturierten und funktionalisierten
Hydrogelsystemen zur Regulierung der Adhäsionseigenschaften unterschiedlicher
Zellphänotypen an Grenzflächen. Universität Heidelberg, Heidelberg 2010
Rödl, F.: Time-resolved diffraction experiments on piezoelectric actuators. Universität des
Saarlandes, Saarbrücken 2010
29
Dokumentation 2010
Abgeschlossene Arbeiten
Schneider, A.: Mechanical properties of small-scale BCC metal structures. Universität Stuttgart,
Stuttgart 2010
Seib, J.: Elektronentheorie der dissipativen Magnetisierungsdynamik: Anisotrope und
nichtlokale Effekte. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Sheng, J.: Stresses in nanocrystalline materials. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Sobiech, M.: Whisker formation on Sn thin films. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Sonnweber-Ribic, P.: Grain growth and texture evolution and copper thin films. Universität
Stuttgart, Stuttgart 2010
Walter, N.: A cell mechanical study on adherent and suspended pancreatic cancer cells using
AFM and Microfluidics. Universität Heidelberg, Heidelberg 2010
Wohlfart, E.: Nanopatterning of poly(ethelene terephtalate) by plasma etching. Universität
Stuttgart, Stuttgart 2010
Wolny, P.: Novel model systems for the investigation of polyvalent protein-hyaluronan
interactions on the cell surface. Universität Heidelberg, Heidelberg 2010
c) Diplomarbeiten, Masterarbeiten (*), Bachelorarbeiten (**)
Audehm, P.: Untersuchung der Abhängigkeit des „Exchange Bias-Effektes“ von
grenzflächennahen Bahnmomentverteilungen mit Hilfe der resonanten magnetischen
Röntgenreflektometrie. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Böhm, M.: Development of integrated microfluidic systems to investigate celullar biosystems.
Universität Heidelberg, Heidelberg 2010
Cinaroglu, H.: Phasengleichgewichte im ternären Fe-N-C System. Universität Stuttgart,
Stuttgart 2010
Ewald, T.: Formation of γ-iron nitride in a ferrite matrix. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Gehring, P.: Optoelektronische Eigenschaften Seltenerd-dotierter III-Nickel Schichten.
Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Glock, S.: Nitrieren von Kobalt. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Gralla, R.: Grain growth in nanocrystalline metals. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Hejral, U.: Growth and oxidation processes of Pt nanoparticles. Universität Stuttgart, Stuttgart
2010
Honert, J.: Wasserstoff in funktionellen Dünnschichtsystemen. Universität Stuttgart, Stuttgart
2010
Kohl, D.: Microstructural characterization of Sn whiskers and their nucleation sites. Universität
Stuttgart, Stuttgart 2010
Kurz, S.: Thermal stress evolution in epitaxial metal films. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Labbe-Laurent, M.: Critical Casimir interaction between a cylindrical particle and a chemically
structured substrate. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010 (**)
Maier, D.: Nanotropfen an Stufen. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010 (**)
Nguyen, M.: Producing organic solar cells: from substrate characterization to bulk heterojuntion
devices. Universität Stuttgart, Stuttgart, Germany 2010
Reindl, A.: Entnetzung verspannter Filme. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010 (**)
Schendel, V.: Co precipitation in Cu-Au-Co Alloys. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
30
Dokumentation 2010
Abgeschlossene Arbeiten
Schubert, A.: Compound layer formation during nitriding of Fe-Si alloys. Universität Stuttgart,
Stuttgart 2010
Schwarz, B.: Gas nitriding of Fe-2at.%Al alloy. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010
Slupina, C.: Untersuchung der kritischen Adsorption an kolloidalen Teilchen mit Hilfe von
Streutechniken. Universität Stuttgart, Stuttgart 2010 (**)
Zhong, H.: Nitrierverhalten von eisenreichen Fe-Mo Legierungen. Universität Stuttgart,
Stuttgart 2010
31
Dokumentation 2010
Doktoranden
Doktoranden
a) Inland (Stand: 31.12.2010)1
Patrick Chalil Audehm, Universität Stuttgart, 4. Physikalisches Institut/ Max-Planck-Institut für
Metallforschung
Thomas Bohlein, Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Experimentalphysik V
Lars Bommer, Universität des Saarlandes, Saarbrücken, Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II, Physik und Mechatronik
Thomas Bublat, Universität Stuttgart, 4. Physikalisches Institut
Timo Burek, Universität Hohenheim, Stuttgart, Institut für Zoologie
Janosch Deeg, Albert Ludwigs Universität Freiburg / Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg,
Biophysikalische Chemie / Max-Planck-Institut für Metallforschung
Martin Deibler, Universität Konstanz, Bioimaging Center / Universität Konstanz, Center for
Applied Photonics
Eric Detemple, Universität des Saarlandes, Saarbrücken, Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe
Frank Dietermann, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik /
Max-Planck-Institut für Metallforschung
Christian Gojak, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Biophysikalische Chemie / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Sabine Haag, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut für
Metallforschung
Valentin Hagel, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Physikalisches Institut / Max-PlanckInstitut für Metallforschung
Lisa Katharina Hofacker, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-PlanckInstitut für Metallforschung
Tobias Hofmann, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Biophysikalische Chemie, Fakultät
für Physik und Astronomie
Christian Michael Illg, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik /
Max-Planck-Institut für Metallforschung
Eric Aime Jägle, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut
für Metallforschung
Patrick Jüllig, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut für
Metallforschung
Matthias Kammerer, Universität Ulm, Institut für Theoretische Physik / Max-Planck-Institut für
Plasmaphysik, Garching
Christian Kappel, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut
für Metallforschung
Navid Khorshidi, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
_______________
1 Wissenschaftliche Institution, an der zuvor die Diplom- oder Masterarbeit erstellt wurde.
32
Dokumentation 2010
Doktoranden
Katharina Klein, Technische Universität Kaiserslautern, Biophysik und medizinische Physik
Christian Kreidler, Universität Konstanz, Fachbereich Physik
Sebastian Kruss, Universität Heidelberg, Biophysikalische Chemie / Max-Planck-Institut für
Metallforschung
Silke Kurz, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft/ Max-Planck-Institut für Metallforschung
Sebastian Lechner, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Biophysikalische Chemie / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Sebastian Macke, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Timo Maier, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Biophysikalische Chemie
Felix Maye, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Marcel Mayer, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut für
Metallforschung
Thomas Mohry, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Christoph Morhard, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Physikalisches Institut
Tabea Mundinger, Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg / RuprechtKarls-Universität Heidelberg, Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie
Christine Anna Muth, Universität zu Köln, Köln, Fachbereich Biologie / Universitätsklinikum
Köln, Innere Medizin I. Labor für molekulare Tumorbiologie und Tumorimmunologie
Daniela Nolle, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Matthias Noske, Universität Ulm, Abteilung Festkörperphysik
Nadine Perschmann, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Biophysikalische Chemie
Theresa Pohl, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Biophysikalische Chemie / Max-PlanckInstitut für Metallforschung
Sabri Rahmouni, Universität Stuttgart, 2. Physikalisches Institut
Sebastian Rausch, Universität Stuttgart, 2. Physikalisches Institut
David Regniet, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut für
Metallforschung
Bastian Rheingans, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut
für Metallforschung
Claudio Gavino Rolli, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Biophysikalische Chemie / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Sebastian Scheeler, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Braunschweig, Institut für Technische Chemie / Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik, Stuttgart
Rüdiger Scheu, Universität Konstanz, Fachbereich Physik
Maurice Ulrich Schlichtenmayer, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, HelmholtzInstitut für Strahlen- und Kernphysik
Mathias Schmidt, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
René Schneider, Albert-Ludwigs Universität, Freiburg i. Br., Institut für Physikalische Chemie
33
Dokumentation 2010
Doktoranden
Manuel Schneckenburger, Technische Universität München, Physik Department / Max-PlanckInstitut für Biochemie, Martinsried, Department Membran-und Neurophysik
Benjamin Schwarz, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut
für Metallforschung
Holger Selg, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut für
Metallforschung
Iriana Slizskaja-Boxermann, Ruprecht-Karls-Universität, Heidelberg, Fakultät für Chemie und
Geowissenschaften
Markus Sproll, Universität Ulm, Institut für Festkörperphysik
Jendrik Stein, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft/ Max-Planck-Institut für
Metallforschung
Barbara Streppel, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Helmholtz-Institut für
Strahlen- und Kernphysik / Max-Planck-Institut für Metallforschung
Sergej Subkow, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Julia Sonja Teufel, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut
für Metallforschung
Thomas Tietze, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Sebastian Treiber, Universität Stuttgart, 2. Physikalisches Institut / Max-Planck-Institut für Metallforschung
Matthias Tröndle, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik / MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Simon Ullrich, Ruprecht-Karls-Universität, Heidelberg, Biophysikalische Chemie / MaxPlanck-Institut für Metallforschung, Stuttgart
Ann-Kathrin Wandner, Universität zu Köln, Köln, Institut für Organische Chemie
Frank Louis Wirner, Universität Karlsruhe, Physikalisches Institut
Thomas Wöhrle, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft / Max-Planck-Institut
für Metallforschung
Jasmin Zahn, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Maria Zvyagolskaya, Universität Stuttgart, 2. Physikalisches Institut
b) Ausland (Stand: 31.12.2010)
Borja Rioja Aragües, Universitat de Barcelona, Faculty of Biology, Barcelona, Spain
Seetharamaiah Attili, KTH-Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden / Eidgenössische
Technische Hochschule, Zürich, Schweiz
Georgijs Bakradze, Riga Technical University, Latvia
Hilton Barbosa de Aguiar, Universidade de São Paulo, São Carlos Physics Institutes, Brazil
Mostafa Biglari, Leiden Institute of Chemistry, Universiteit Leiden, Netherlands / Corus B.V.,
Ijmuiden, Netherlands
André Bisig, Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Schweiz / Paul Scherrer Institut
Villingen, Schweiz
34
Dokumentation 2010
Doktoranden
Matej Fonovic, University of Rieka, Croatia
Katarzyna Maria Gadomska, AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland
Ingrid Ibagon Pardo, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizone, Brasil
Kyung Sub Jung, Hanyang University, Div. of Materials Science & Engineering, Seoul, South
Korea
Melih Kalafat, Universität Stuttgart, Institut für Strahlenphysik
Margret Koker, University of Illinois, Urbana-Champaign, USA
Ivana Krkljus, University of Belgrade, Faculty for Physical Chemistry, Chair for Dynamics and
Matter Structure, Serbia
Jovana Matic, University of Belgrade, Faculty of Chemistry, Serbia
Sai Ramudu Meka, Indian Institute of Technology, Kanpur, India
Xiaoke Mu, University of Sheffield, UK
Burcu Ögüt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel, Institut für Metallkunde
Burak Özdöl, Christian-Albrecht Universität zu Kiel, Kiel, Institut für Metallkunde
Hyunchul Oh, Friedrich-Alexander Universität Erlangen – Nürnberg, Institute of Materials for
Electronics and Energy Technology (I-MEET)
Miki Otsuki, Tohoku University, Biomolecular Science-Laboratory of Molecular Cell Biology,
Japan
Lindarti Purwaningsih, Bandung Institute of Technology, Bandung, Indonesia
Gayatri Koyar Rane, Goa University, Department of Chemistry, Goa, India
Monamie Sanyal, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische und Angewandte Physik/ MaxPlanck-Institut für Metallforschung
Nahid Talebi Sarvari, University of Tehran, Iran
Yamuna Devi Subburaj, The American College, Department of Zoology, Madurai, Tamilnadu,
India
Mireia Subina Albrich, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway
Jing Zhou, Georg-August-Universität Göttingen, Göttingen
35
Dokumentation 2010
Gastwissenschaftler
Gastwissenschaftler
Dr. Edward Prabu Amaladass, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland
Dr. Petia Pavlinova Atanasova, Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz, Deutschland
Dr. Markus Axmann, Johannes Kepler Universität, Linz, Institut für Biophysik, Österreich
Dr. Iryna Babych, B. Verkin Institute for Low Temperature Physics & Engineering. National
Ukrainian Academy of Sciences, Kharkov, Ukraine
Dr. Nelson Rei Bernardino, Imperial College London, London, UK
Dr. Ranu Bhatt, UGC-DAE Consortium for Scientific Research, Indore, India
Dr. Stephanie Bogle, University of Illinois at Urbana-Champaign, Ill., USA
Dr. Achim Breitling, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland
Dr. Letizia Carramusa, Weizmann Institute of Science, Department of Molecular Cell Biology,
Rehovot, Israel
Dr. Miguel Castro-Colin, University of Houston, Houston, TX, USA
Prof. Dr. Helmut Clemens, Montanuniversität Leoben, Österreich
Michael Curcic, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland
Prof. Dr. Daniel Marinov Dantchev, Institute of Mechanics, Bulgarian Academy of Sciences,
Sofia, Bulgaria
Prof. Dr. Robert Danzer, Montanuniversität Leoben, Österreich
Dr. Melissa Delheusy, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland
Dr. Alejandro Diaz-Ortiz, Texas Materials Institute, University of Texas at Austin, Austin, USA
Filip Dutka, University of Warsaw, Faculty of Physics, Warsaw, Poland
Dr. Alexander Filippov, National Academy of Sciences of Ukraine
Dr. Shai Garty, University of Washington Engineered Biomaterials & University of Washington
Medical Center, Seattle, WA, USA
Dr. Thiago Gomes de Mattos, Universidade Federal Fluminense, Niterói, Brazil
Dr. Corinne Grévent, GSB-Wahl GmbH, Aichwald, Deutschland
Dr. Mehmet Gülgün, Sabanci University, Istanbul, Turkey
Dr. Neng Yun Jin-Phillipp, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland
Dr. Vicki Keast, School of Mathematical & Physical Sciences, University of Newcastle, Callaghan, Australia
Eunhye Kim, University of Suwon, South Korea
Dr. Christos Kostoglou, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland
Dr. Sergey Kozhevnikov, Frank Laboratory of Neutron Physics (JINR), Dubna, Russia
Dr. Dmitry A. Kukuruznyak, National Institute for Materials Science, Advanced Electronic Materials Centre, Tsukuba, Japan
Prof. Dr. Carlos Levi, University of California, Santa Barbara, CA, USA
Dr. Yujie Li, Universität Ulm, Institut für Halbleiterphysik, Ulm, Deutschland
Prof. Dr. Yongchang Liu, School of Materials Science & Engineering, Tianjin University, P.R.
China
36
Dokumentation 2010
Gastwissenschaftler
Yazhu Ma, Northwestern Polytechnical University NPU, Xian, P.R. China
Dr. Kandavel Manickam, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland
Dr. Andrey Mazilin, Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Russia
Dr. Beri Nsoyani Mbenkum, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland
Kristen Lynn Mills, Ph.D./Univ. of Michigan, Nann Arbor, MI, USA
Prof. Dr. Grygoriy Mykytyk. B., Verkin Institute for Low Temperature Physics & Engineering.
National Ukrainian Academy of Sciences, Kharkov, Ukraine
Prof. Dr. Marek Napiorkowski, University of Warsaw, Faculty of Physics, Warsaw, Poland
Prof. Dr. Gleb Oshanin, Laboratoire
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de Physique Théorique de la Matière Condensée, Université Pierre et Marie Curie, et du CNRS, Paris,France
Dr. Francesco Parisen Toldin, Università di Pisa / Scuola Normale Superiore di Pisa, Pisa, Italy
Dr. Yilia Plazman, Technion – Israel Institute of Technology, Haifa, Israel
Dr. Svetlana Protasova, Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Russia
Dr. Mariya Rasshchupkyna, Zaporizhzhya National Technical University, Dept. of Micro- and
Nanoelectronics, Ukraine
Dr. Jean-Sebastien Samson, Ruhr-Universität Bochum, Physikalische Chemie II, Deutschland
Dr. Matthew Strader, University of California, Berkeley, Berkeley, CA, USA
Prof. Dr. Istvan Szalai, Institute of Physics, University of Pannonia, Veszprem, Hungary
Dr. Amir Hossein Tavakoli, Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaft
Dr. Oleg Vasiliev, Landau Institute for Theoretical Physics, Chernogolovka, Russian Federation
Dr. Giovanni Volpe, Institut de Ciències Fotòniques, Castelldefels (Barcelona), Spain
Dr. Quang Vu Van, Institute of Mathematics and Physics (IMAP), Aberystwyth University, Aberystwyth, Ceredigion, UK
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Dokumentation 2010
Ehrungen & Berufungen
Sonstige Mitteilungen
a) Ehrungen
Prof. Dr. E. J. Mittemeijer wurde von der International Federation for Heat Treatment and
Surface Engineering (IFHTSE) die IFHTSE Medal 2010 verliehen.
Dr. P. Nolte wurde die Otto-Hahn-Medaille 2009 der Max-Planck-Gesellschaft verliehen.
V. Özdöl wurde der „Graduate Student Award“ verliehen. Dieser Preis für
Nachwuchswissenschaftler wurde von der European Materials Research Society vergeben.
Dr. C. Pacholski wurde mit dem Günter Petzow Preis 2010 des Max-Planck-Institutes für
Metallforschung ausgezeichnet.
B. Rheingans wurde der Artur-Fischer-Preis 2010 des Studiengangs Werkstoffwissenschaft der
Universität Stuttgart verliehen.
Jan Wallmersperger wurde mit dem „Azubipreis“ der Max-Planck-Gesellschaft ausgezeichnet.
b) Berufungen und Ernennungen
Priv.-Doz. Dr. P. van Aken wurde zum außerplanmäßigen Professor an der Technischen
Universität Darmstadt im Fachbereich Material- und Geowissenschaften ernannt.
Dr. M. Hirscher wurde in das International Steering Committee der Konferenzserie
„International Symposium on Metal-Hydrogen Systems“ gewählt.
Dr. M. Hirscher wurde zum Mitglied im Editorial Board der Zeitschrift „Applied Physics A“
ernannt.
Prof. Dr. E. J. Mittemeijer wurde zum Managing Editor der Zeitschrift „International Journal of
Materials Research (IJMR) ernannt.
Prof. Dr. E. J. Mittemeijer wurde zum Mitglied des International Organizing Committee der „1st
CEEC Thermal Analysis and Calorimetry Conference“ ernannt, die vom 08. bis 10. September
2011 in Craiova, Rumänien, stattfindet.
38
Dokumentation 2010
Veranstaltungen
c) Wissenschaftliche Veranstaltungen
Am 20. Januar 2010 fand am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart ein
„Symposium on Molecular and Nanoscopic Autonomous Systems“ statt.
Am 27. Mai 2010 fand am Max-Planck-Institut für Metallforschung eine Max-PlanckLecture statt. Prof. Dr. Subra Suresh, Massachusetts Institute of Technology (MIT) School of
Engineering, USA, sprach zum Thema „Materials Science Approaches for Life Sciences and
Human Health“.
Das Max-Planck-Institut für Metallforschung und das Max-Planck-Institut für Biologische
Kybernetik, Tübingen, veranstalteten gemeinsam das Symposium „Autonomous Systems“,
welches vom 28. bis 30. Mai 2010 in Stuttgart/Tübingen stattfand.
Das Stuttgarter Zentrum für Elektronenmikroskopie (StEM) organisierte den Workshop
„Advanced Transmission Electron Microscopy Technology“, welcher vom 23. bis 25. Juni 2010
auf Schloss Ringberg, Rottach-Egern, stattfand.
Das Max-Planck-Institut für Metallforschung, sowie das Institut für Theoretische und
Angewandte Physik und das Institut für Materialwissenschaft der Universität Stuttgart
veranstalteten gemeinsam am 09. Juli 2010 das 9. Paul-Peter Ewald Kolloquium. In diesem
Rahmen wurde der Günter Petzow Preis 2010 verliehen.
Ilya Reviakine (CIC biomaGUNE), Ralf Richter (MPI für Metallforschung/CIC biomaGUNE)
und Marisela Velez (CSIC, Madrid) organisierten gemeinsam den FEBS Workshop „Physical
Chemistry of Biointerfaces“, der vom 19. bis 24. Juli 2010, am CIC biomaGUNE, San
Sebastian, Spanien, stattfand. Das Max-Planck-Institut für Metallforschung war bei dieser
Veranstaltung Mitorganisator.
Das Stuttgarter Zentrum für Elektronenmikroskopie (StEM) organisierte den Workshop „TEM
Specimen Preparation Techniques“ in Stuttgart, welcher vom 21. bis 22. Juli 2010 in Stuttgart
stattfand.
Prof. Dr. B. Keimer vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung und Prof. Dr. E. J.
Mittemeijer organisierten in Zusammenarbeit mit der University of British Columbia, die
„International School on Quantum Materials“. Diese IMPRS Summer School fand vom 05. bis
08. Oktober 2010 in Stuttgart statt.
Prof. Dr. S. Dietrich hat zusammen mit Dr. A. Gambassi den „International Workshop on
Fluctuation-Induced Forces in Condensed Matter“ organisiert, der vom 11. bis 15. Oktober 2010
in Dresden stattfand.
Am 08./09. November 2010 fand am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart und
am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen ein Symposium „Autonome
Systeme“ statt.
d) Weitere Veranstaltungen
Zum bundesweiten „Girls’ Day: Mädchen-Zukunftstag“ am 22. April 2010 bot das Max-PlanckInstitut für Metallforschung gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Festkörperforschung
wiederum fünfzig Mädchen Einblicke in verschiedene Berufe in der Forschung.
Anlässlich der Kuratoriumssitzung des Max-Planck-Institutes für Metallforschung am 17.
November 2010 wurden zwei öffentliche Vorträge gehalten. Dr. Max Nülle sprach über die
„Collaborative Research Initiative Between Institutes of the Max Planck Society: Neutron
Reflectometer N-Rex+ at the FRM II (Garching)“, Sairamudu Meka, MTech, über „Unusual
phase-transformation phenomena during nitriding of iron-based alloys“.
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Dokumentation 2010
Jahrbuch der MPG (2010/2011)
Wang, Zumin; Jeurgens, Lars P. H.; Mittemeijer, Eric J. | Herstellung von hocheffizienten Nanostrukturen ...
Jahrbuch 2010/2011
Herstellung von hocheffizienten Nanostrukturen aus
kristallinem Silizium bei niedrigen Temperaturen, katalysiert
durch Metalle: Die entscheidende Rolle der
Grenzflächenthermodynamik
Wang, Zumin; Jeurgens, Lars P. H.; Mittemeijer, Eric J.
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart
Korrespondierender Autor
Email: [email protected]
Zusammenfassung
Metalle können helfen Halbleiter bei niedrigen Temperaturen von der ungeordneten
(amorphen)
in
eine
geordnete
(kristalline)
Form
umzuwandeln.
Auf
Basis
der
Grenzflächenthermodynamik wurde ein grundlegendes und quantitatives Modellverständnis der
zugrundeliegenden Mechanismen dieser sogenannten metallinduzierten Kristallisation (MIK)
entwickelt. Diese neuen Erkenntnisse können dazu beitragen, Solarzellen aus kristallinem Si
bei sehr niedrigen Temperaturen (< 200 ºC) auf billigen, leichten und flexiblen Materialien wie
Glas, Kunststoff oder gar Papier herzustellen.
Abstract
Metals may help to convert semiconductors from a disordered (amorphous) to an ordered
(crystalline) form at low temperatures. A general, quantitative model description has been
developed on the basis of interface thermodynamics, which provides fundamental
understanding
of
such
so-called
metal-induced
crystallization
(MIC)
of
amorphous
semiconductors. This fundamental understanding can allow the low-temperature (< 200 ºC)
manufacturing of high-efficiency solar cells and crystalline-Si-based nanostructures on cheap
and flexible substrates such as glasses, plastics and possibly even papers.
Einführung
Laut dem Energiekonzept, das vor kurzem von der deutschen Regierung genehmigt wurde, soll
© 2011 Max-Planck-Gesellschaft
40
www.mpg.de
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Dokumentation 2010
Jahrbuch der MPG (2010/2011)
Wang, Zumin; Jeurgens, Lars P. H.; Mittemeijer, Eric J. | Herstellung von hocheffizienten Nanostrukturen ...
Jahrbuch 2010/2011
der Anteil erneuerbare Energien an der Stromversorgung (z.B. aus Sonnenlicht und Wind) bis
zum Jahre 2020 auf 35% gesteigert werden und bis zum Jahre 2050 sogar auf 80% [1]. Diese
ehrgeizigen Ziele erfordern eine ständige Erhöhung des Energie-Wirkungsgrades und eine
weitere Senkung der Preise für Photovoltaik-Anlagen.
Kristallines Silizium als Dünnschicht ist eines der vielversprechendsten Materialien zur
Herstellung von billigen, hocheffizienten Dünnschichtsolarzellen und Photovoltaikanlagen.
Allerdings sind die Si-Atome nicht periodisch in einem Kristallgitter angeordnet, falls die SiDünnschicht während der Herstellung wie üblich bei Temperaturen unter 700 ºC abgeschieden
wird. Dieses amorphe Silizium (a-Si) hat einen deutlich geringeren Wirkungsgrad für die
Umwandlung von Sonnenlicht in Strom als kristallines Si (c-Si). Außerdem nimmt der
Wirkungsgrad von Solarzellen aus a-Si bei ständiger Lichteinstrahlung immer weiter ab, was
für Solarzellen aus c-Si nicht der Fall ist.
Die bei der Herstellung von Siliziumschichten erwünschte Umwandlung vom amorphen in den
kristallinen
Zustand
(d.h.
Verarbeitungstemperaturen
die
(≈700
Kristallisation
ºC),
was
zu
von
einer
a-Si)
erheblichen
erfordert
Steigerung
hohe
der
Produktionskosten führt. Zudem ist die Anwendung solch hoher Verarbeitungstemperaturen
unvereinbar mit dem Einsatz von hitzeempfindlichen Polymersubstraten, welche für die
Herstellung von kostengünstigen, leichten und flexiblen Photovoltaikanlagen benötigt werden.
Die
maximal
zulässigen
Verarbeitungstemperaturen
für
kommerziell
erhältliche
Polymersubstrate liegen im Bereich von 150 ºC bis 350 ºC (siehe Abb. 1 links).
Abb. 1: Links: Die maximal zulässige Verarbeitungstemperaturen (Tmax) von einigen technologisch wichtigen
Substratmaterialien: Quarzglas, normales Glas, Polyimide (PI), Polyarylat (PAR), Polyethersulfon (PES) und
Polycarbonat (PC). Rechts: Die metallinduzierte Kristallisationstemperatur von a-Si (Tcryst) für verschiedene
Metallkontaktierungen.
© Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme
In den letzten Jahren sind insbesondere zwei Herstellungsverfahren für die Kristallisation von
a-Si bei solch niedrigen Temperaturen (< 400 ºC) betrachtet worden. Erstens kann die
Kristallisation von amorphen Si-Dünnschichten bei relativ niedrigen Temperaturen durch
Bestrahlung mit einem Kurzpulslaser herbeigeführt werden, was in der Regel über ein lokales
© 2011 Max-Planck-Gesellschaft
www.mpg.de
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Dokumentation 2010
Jahrbuch der MPG (2010/2011)
Wang, Zumin; Jeurgens, Lars P. H.; Mittemeijer, Eric J. | Herstellung von hocheffizienten Nanostrukturen ...
Aufschmelzen
und
eine
anschließende
Oberflächenschmelze
abläuft.
Als
Kristallisationsprozesse
gelten
allgemein
sequentielle
große
die
laterale
Nachteile
hohen
Jahrbuch 2010/2011
Erstarrung
dieser
der
Si-
laserinduzierten
Herstellungskosten,
die
hohe
Prozesskomplexität und die schlechte Uniformität des gelaserten Materials. Zweitens kann die
Kristallisation von a-Si bei relativ niedrigen Temperaturen durch das Kontaktieren mit einem
Metall wie Al, Ni, Cu oder Au herbeigeführt werden. Dieser Prozess wird gemeinhin als
metallinduzierte Kristallisation (MIK) bezeichnet.
Wie in Abbildung 1 dargestellt, liegen die metallinduzierten Kristallisationstemperaturen von aSi, je nach Art des katalysierenden Metalls, im Bereich von 150 ºC bis 500 ºC [2]. Eine
Kristallisationstemperatur von nur 150 ºC (wie für Kontakte zwischen a-Si und Al-Metall
beobachtet; vgl. Abb. 1) ermöglicht die Verwendung der meisten Polymersubstrate. Im
Vergleich zu laserinduzierten Kristallisationsprozessen stellt die MIK einen viel einfacheren und
wirtschaftlicheren Ansatz zur Herstellung von c-Si bei niedrigen Temperaturen dar, der sich
außerdem leichter im industriellen Maßstab in die aktuellen Halbleiter-Herstellungsverfahren
integrieren lässt.
Vor diesem Hintergrund ist ein umfassendes Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen
der metallinduzierten Kristallisation von entscheidender Bedeutung für die gezielte Anpassung
der
Kristallisationstemperatur
von
a-Si-Schichten
in
der
Herstellung
von
Dünnschichtphotovoltaikanlagen. Dieser Beitrag bietet nicht nur grundlegende Einblicke in den
Prozess
der
metallinduzierten
Kristallisation,
sondern
zeigt
auch,
wie
Ober-
und
Grenzflächenenergien die Diffusion, die Benetzung und die Phasenumwandlungen in nanoskaligen Systemen beeinflussen können.
Im Folgenden geben wir einen Überblick über unsere bisherige Entwicklung eines einheitlichen
und
grundlegenden
Modells
zum
Verständnis
des
MIK-Prozesses
in
verschiedenen
Metall/Halbleiter-Systemen. Die Anwendung des entwickelten Modells auf die Al-induzierte
Kristallisation von a-Si zeigt, dass die Kristallisationstemperatur von a-Si über einen weiten
Temperaturbereich von 700 ºC bis 150 ºC eingestellt werden kann. Diese neuen Erkenntnisse
können dazu beitragen, Solarzellen und andere elektronische Bauteile (wie aufrollbare
Bildschirme) auf billigen Substraten, wie Glas, oder leichten und flexiblen Materialien, wie
Kunststoff oder gar Papier, herzustellen. Solch umfassendes Wissen des MIK-Prozesses könnte
sogar zu einer neuen Familie von Methoden zur Herstellung von hocheffizienten kristallinen
Silizium-Dünnschichten und Nanostrukturen auf flexiblen Polymersubstraten führen.
© 2011 Max-Planck-Gesellschaft
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Dokumentation 2010
Jahrbuch der MPG (2010/2011)
Wang, Zumin; Jeurgens, Lars P. H.; Mittemeijer, Eric J. | Herstellung von hocheffizienten Nanostrukturen ...
Jahrbuch 2010/2011
II. Abschwächung der kovalenten Bindung des Siliziums an der Grenzfläche
zum Metall: die „freien“ Si-Grenzflächenatome
Die Natur ist stets bestrebt, a-Si-Bulkvolumen auszukristallisieren, weil dies zu einer Senkung
der Gesamtenergie des Systems führt. Allerdings müssen zuerst kinetische Barrieren
(Aktivierungsenergien) überwunden werden, um einzelne a-Si-Atome in winzige Keime aus c-Si
umzuordnen, welche die Kristallisation einleiten. Die Keimbildung von c-Si in einem
(Bulk-)Volumen aus a-Si wird durch die starken kovalenten Bindungen zwischen den Si-Atomen
behindert. Folglich kann die Aktivierungsenergie für die Keimbildung von c-Si nur bei
Temperaturen von etwa 700 ºC aufgebracht (d.h. thermisch aktiviert) werden. An der
Grenzfläche zu einem Metall werden die starken kovalenten Bindungen in a-Si jedoch
geschwächt [3]. Diese sogenannten „freien“ Si-Grenzflächenatome können sich schon bei viel
niedrigeren Temperaturen in winzige Keime aus c-Si umformen und so die Kristallisation
einleiten. Die elektronischen Wechselwirkungen, die diese Abschwächung der kovalenten SiBindungen an der Grenzfläche zum Metall bewirken, haben nur eine sehr geringe Reichweite.
Die Dicke der Grenzschicht aus „freien“ Si-Atomen beträgt schätzungsweise nur etwa 4,4 Å (~
2 Monolagen Si). Diese „freien“ Si-Grenzflächenatome könnten nun folgendermaßen den
Kristallisationsprozess bei niedrigen Temperaturen katalysieren:
(i) die Keimbildung von c-Si und folglich der Kristallisationsprozess, werden direkt an der
Grenzfläche zum Metall eingeleitet.
(ii) die „freien“ Si-Grenzflächenatome diffundieren in die Grenzflächen zwischen benachbarten
Kristallkörnern der kontaktierenden Metallschicht hinein (Benetzung) und bilden dort winzige
Keime aus c-Si, welche die Kristallisation einleiten.
Die von der Kristallisation herbeigeführten Änderungen der Bulk- und Grenflächenenergien in
dem System, das aus dem a-Si-Halbleiter und der kontaktierenden Al-Metallschicht besteht,
bestimmen letztendlich, ob Ablauf (i) und/oder (ii) thermodynamisch möglich und bevorzugt ist
(siehe Abschnitt III).
© 2011 Max-Planck-Gesellschaft
www.mpg.de
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Dokumentation 2010
Jahrbuch der MPG (2010/2011)
Wang, Zumin; Jeurgens, Lars P. H.; Mittemeijer, Eric J. | Herstellung von hocheffizienten Nanostrukturen ...
Jahrbuch 2010/2011
III. Thermodynamik der metallinduzierten Kristallisation
III.1 Benetzung der Metallkorngrenzen durch „freie“ Si-Grenzflächenatome
Abb. 2: In-situ Beobachtungen eines Querschliffs einer Al/a-Si-Doppelschicht mittels energiegefilterter
Transmissions-Elektronenmikroskopie zeigen, während des in-situ Heizens bei 120 ºC, die Anfangsphase des
Benetzens von Al-Korngrenzen durch „freie“ Si-Atome.
© Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme
Die Metallschicht, die abgeschieden wird, um die Kristallisation von a-Si bei niedrigen
Temperaturen einzuleiten, ist in der Regel polykristallin und enthält daher viele Korngrenzen
(KG; die Grenzflächen zwischen benachbarten Kristallkörnern). Diese KG können von „freien“
Si-Grenzflächenatomen aus der kontaktierenden a-Si-Schicht benetzt werden (siehe Abb. 2
und Schritt 1 in Abb. 3), falls die Gesamtenergie des Systems durch die Neubildung von jeweils
zwei
a-Si/Metall-Grenzflächen
thermodynamischen
(Großwinkel-)
pro
ursprüngliche
Modellberechnungen
Metall-KG
durch
haben
„freie“
Metall-KG
gezeigt,
gesenkt
dass
die
Si-Grenzflächenatome
wird.
Unsere
Benetzung
für
von
mehrere
Metall/Halbleitersysteme (z.B. Al/a-Ge, Au/a-Si and Ag/a-Si) tatsächlich energetisch begünstigt
ist [4]. Erst vor kurzem sind für das beispielhafte System Al/a-Si diese theoretischen
Vorhersagen
durch
in-situ
Beobachtungen
mittels
energiegefilterter
Transmissionselektronenmikroskopie erstmals direkt experimentell bestätigt worden [5]: siehe
Abbildung 2.
III.2 Die Keimbildung des Kristallisationsprozesses
Die Grenzflächenenergie zwischen einem kristallinen und einem amorphen Festkörper ist in der
Regel niedriger als die Grenzflächenenergie zwischen den betreffenden kristallinen Festkörpern
[6]. Demzufolge kann eine amorphe Siliziumschicht an einer Grenzfläche und/oder Oberfläche
thermodynamisch stabil sein, solange die höhere Energie des Bulkvolumens der amorphen SiPhase (im Vergleich zu der kristallinen Si-Phase) von der niedrigeren Summe der beteiligten
Grenzflächen-
und/oder
Oberflächenenergien
überkompensiert
wird.
Wie
durch
die
Grenzflächenthermodynamik vorhergesagt [4], führt die Keimbildung von c-Si, sowohl an a© 2011 Max-Planck-Gesellschaft
44
www.mpg.de
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Jahrbuch 2010/2011
Si/Metall-Grenzflächen als auch an von Si-Atomen benetzten Metall-KG, tatsächlich zu
erheblichen
Energieeinbußen
durch
die
kristallisationsbedingten
Änderungen
der
Grenzflächenstruktur. Nur oberhalb einer bestimmten kritischen Schichtdicke wiegt die durch
die Kristallisation bewirkte Senkung der Energie des Si-Bulkvolumes den durch die Bildung
kristalliner/kristalliner Grenzflächen verursachten Energieanstieg auf. Die Kristallisation von cSi wird oberhalb dieser kritischen a-Si-Schichtdicke eingeleitet, sobald die Temperatur hoch
genug ist, um eine thermisch aktivierte Keimbildung von c-Si aus „freien“ Si-Atomen zu
ermöglichen.
Abb. 3: Ordnung im Spalt: Eine Aluminiumdeckschicht senkt die Kristallisationstemperatur von amorphem
Silizium (a-Si). Zuerst benetzt das a-Si die Korngrenzen in der Aluminium-Deckschicht. Oberhalb einer
kritischen Dicke des benetzenden a-Si-Films wird an solchen Al-Korngrenzen die Kristallisation eingeleitet.
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Die kritische Schichtdicke für die Keimbildung von c-Si an einer Al/a-Si-Grenzfläche bei
unterschiedlichen
Temperaturen
kann
durch
Abgleichung
der
freigesetzten
Kristallisationsenergie mit der Zunahme der Grenzflächenenergie berechnet werden. Die
Schicht aus „freien“ Si-Atomen an der Al/a-Si-Grenzfläche ist nur etwa 2 Monolagen (ML) dick
(siehe oben). Daher muss die kritische Schichtdicke kleiner oder gleich 2 ML sein, damit die
Kristallisation an der Al/a-Si Grenzfläche bei einer Temperatur weit unterhalb der BulkKristallisationstemperatur von a-Si (von etwa 700 ºC; siehe Abschnitt II) aktiviert werden
kann. Die theoretischen Werte für die kritische Schichtdicke, die durch thermodynamische
Berechnungen auf der Grundlage des „macroscopic-atom-approach“ ermittelt wurden [6],
nehmen mit zunehmender Temperatur ab, sind aber immer noch höher als 2 ML bei T = 400
ºC [4]. Daher kann die Kristallisation bei niedrigen Temperaturen nicht an der a-Si/AlGrenzfläche eingeleitet werden.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Einleitung der Kristallisation von a-Si bei niedrigen
Temperaturen an von „freien“ Si-Atomen benetzten Al-KG (vgl. obige Diskussion und Schritt 2
in Abb. 3). Die entsprechenden Werte der kritischen Schichtdicke für die Keimbildung von c-Si
an benetzten Al-KG können sinngemäß (siehe oben) als Funktion der Temperatur berechnet
werden. Dazu wird die freigesetzte Kristallisationsenergie mit der durch die Kristallisation
herbeigeführten Zunahme der Grenzflächenenergie (d.h. die zwei ursprünglichen a-Si/c-AlGrenzflächen
werden
durch
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zwei
c-Si/c-Al-Grenzflächen
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ersetzt)
bei
verschiedenen
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Temperaturen ausbalanciert. An einer Al-KG ist der benetzende a-Si-Film zwischen zwei
kristallinen Al-Körnern verankert. Folglich ist die entsprechende maximale Dicke der Schicht
von „freien“ Si-Atomen an der Al-KG etwa doppelt so groß wie an der Al/a-Si-Grenzfläche (d.h.
2×2 = 4 ML). Die kritische Schichtdicke für die Kristallisation von a-Si an benetzten Al-KG
muss also kleiner oder gleich 4 ML sein, damit die Kristallisation bei einer Temperatur weit
unterhalb der Bulk-Kristallisationstemperatur für a-Si anfangen kann. Der berechnete Wert der
kritischen Schichtdicke für die Kristallisation von a-Si an benetzten Al-KG nimmt auch mit
steigender Temperatur ab und ist für T < 140 ºC kleiner als 4 ML [4].
Daher ist die minimal erforderliche Verarbeitungstemperatur zur Einleitung der Kristallisation
von a-Si (katalysiert durch „freie“ Si-Atome) viel niedriger an benetzten Al-KG (T ≈ 140 ºC) als
an den ursprünglichen a-Si/Al-Grenzflächen (T > 400°C). Eigene Experimente haben eindeutig
bestätigt [5], dass die Kristallisation von a-Si bei solch niedrigen Temperaturen ausschließlich
an den Al-KG in der kontaktierenden Al-Schicht eingeleitet wird (und nicht an der
ursprünglichen Al/a-Si-Grenzfläche). Abbildung 3 stellt die Abläufe des MIK-Prozesses von a-Si
über die Benetzung der KG in einer kontaktierenden Al-Schicht schematisch dar.
Ähnliche thermodynamische Modellberechnungen (wie für a-Si/Al-Doppelschichten; siehe
oben) sind auch für andere Systeme von amorphen Halbleitern und kontaktierenden
Metallschichten gemacht worden. Zum Beispiel sollte, laut unseren Modellvorhersagen, für
Al/a-Ge-Doppelschichten bei T ≥ 50°C die Kristallisation von a-Ge sowohl an den Al/a-Ge
Grenzflächen als auch an den Al-KG ablaufen. Auch diese Modellvorhersage ist in sehr guter
Übereinstimmung mit entsprechenden experimentellen Beobachtungen [4]. Für Ag/a-SiDoppelschichten sollte, laut unseren Modellberechnungen, die Kristallisation von a-Si bei T ≥
400°C ausschließlich an den Ag-KG ablaufen, wie auch in Experimenten beobachtet wurde [7].
III.3 Kontinuierliche Kristallisation und Schichtaustausch
Für die Al/a-Si-Schichtsysteme kann die Kristallisation von a-Si bei niedrigen Temperaturen (T
< 300°C) nur an von „freien“ Si-Atomen benetzten Al-KG herbeigeführt werden (siehe
Abschnitt 3.2). Mit der Keimbildung von c-Si an benetzten Al-KG werden zwei ursprüngliche cAl/a-Si-Grenzflächen durch zwei c-Al/c-Si-Grenzflächen ersetzt. Für das Fortschreiten der
Kristallisation von a-Si müssen weitere „freie“ Si-Grenzflächenatome von der a-Si-Schicht (an
der Al/a-Si-Grenzfläche) an die neu gebildete c-Al/c-Si Grenzfläche in der Al-Schicht
diffundieren, um so das Weiterwachsen von bereits vorhandenen c-Si-Keimen zu ermöglichen.
Unsere thermodynamischen Berechnungen haben gezeigt, dass
diese
kontinuierliche
Benetzung von c-Al/c-Si-Grenzflächen durch „freie“ Si-Atome, und anschließendes laterales
Wachstum von c-Si, tatsächlich thermodynamisch begünstigt ist; dahingegen ist die Bildung
von neuen c-Si Keimen an bereits mit c-Si bedeckten Al-KG thermodynamisch nicht möglich
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[4].
Die kontinuierliche Eindiffusion und Kristallisation (Kornwachstum) von Si innerhalb der Al-KG
führt letztendlich zu einem Schichtaustausch der Al- und Si-Schichten, da die Al-Atome unter
Einfluss der immer weiter zunehmenden Druckspannungen in der Al-Schicht (verursacht durch
das Kornwachstum von c-Si an den Al-KG) zu den verbliebenen Freiräumen in der a-Si-Schicht
diffundieren. Der letztendliche Austausch der beteiligten Al- and Si-Schichten nach weit
fortgeschrittener MIK in Al/a-Si-Schichtsystemen ist auch experimentell bestätigt worden [8].
Der MIK-Prozess im Metall/Halbleiter-System Al/a-Ge führt nicht zu solch einem Austausch der
beteiligten Al- und Ge-Schichten, da hier, wie oben erwähnt, die Kristallisation bei niedrigen
Temperaturen sowohl an benetzten Al-KG als auch an der ursprünglichen Al/a-Ge-Grenzfläche
abläuft (dies ist auch in guter Übereinstimmung mit experimentellen Beobachtungen).
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IV. Anwendung I:
Die von ultradünnen Al-Schichten induzierte Kristallisation: Beherrschung
der Kristallisationstemperatur von amorphem Silizium
Abb. 4: (a) Schematische Darstellung der Kristallisation von a-Si an Al-Korngrenzen in einer kontaktierten,
ultradünnen Al-Deckschicht (mit Dicke hAl). (b) Die Kristallisationstemperatur von amorphem Silizium in
Abhängigkeit der Dicke einer ultradünnen Aluminium-Deckschicht: Theoretische Vorhersage (durchgezogene
Linie für 4,0 ML) und experimentelle Verifikation (rote Datenpunkte mit gestrichelter Linie).
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Unsere theoretischen Vorhersagen und experimentellen Bestätigungen haben gezeigt, dass die
unterschiedlichen MIK-Temperaturen und MIK-Abläufe für unterschiedliche Metall/HalbleiterSysteme mithilfe der Thermodynamik von Grenzflächen vollständig erklärt werden können.
Dies bedeutet, dass es grundsätzlich möglich ist, die MIK-Temperaturen und MIK-Abläufe durch
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gezielte
Änderungen
der
beteiligten
Grenzflächenenergiebeiträge
zu
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steuern.
Diese
grundlegende Idee haben wir für die MIK von a-Si-Dünnschichten mittels einer kontrollierten
Schichtdickevariation der kontaktierenden ultradünnen Al-Deckschicht realisiert [9]. Liegt
nämlich die Dicke (hAl) der Al-Deckschicht (mit einer ausgeprägten säulenförmigen
Kornstruktur) in der gleichen Größenordnung wie die Dicke des benetzenden a-Si-Films an der
Al-KG, dann sollte für die Berechnung der kritischen Schichtdicke (als Funktion von T) nicht nur
das Ersetzen von zwei a-Si/c-Al-Grenzflächen durch zwei c-Si/c-Al-Grenzflächen (siehe
Abschnitt III.2), sondern auch die herbeigeführte Bildung einer kristallinen c-Si-Oberfläche
sowie einer a-Si/c-Si-Grenzfläche berücksichtigt werden (vgl. Abb. 4a). Die so berechnete
kritische Schichtdicke ist als Funktion sowohl der Temperatur als auch der Al-Schichtdicke in
einem Konturplot dargestellt (siehe Abb. 4b). Wie aus der bisherigen Diskussion
hervorgegangen ist (siehe Abschnitt III.2), kann die Kristallisation von a-Si bei niedrigen
Temperaturen nur an benetzten Al-KG eingeleitet werden, wenn die berechnete kritische Dicke
kleiner oder gleich 4 ML ist. Folglich repräsentiert die 4-ML-Linie in Abbildung 4b die niedrigste
mögliche
Temperatur
für
die
Kristallisation
von
a-Si.
Die
dazugehörige
Kristallisationstemperatur liegt im Bereich von 150 – 200 ºC für hAl > 20 nm und nimmt, für hAl
< 20 nm, mit abnehmender Al-Schichtdicke stark zu.
Auch diese theoretischen Vorhersagen wurden von uns experimentell mittels spektroskopischer
Ellipsometrie
unter
Ultrahochvakuum-Bedingungen
bestätigt,
indem
die
Kristallisationstemperatur von a-Si für unterschiedliche Al-Schichtdicken in Echtzeit bestimmt
wurde [9]. Tatsächlich reagiert die Kristallisationstemperatur von a-Si höchstempfindlich auf
die Dicke der Al-Deckschicht im Schickdickenbereich von 1 nm bis 20 nm (siehe Abb. 4b): Die
experimentell ermittelte Kristallisationstemperatur nimmt mit zunehmender Al-Schichtdicke
von etwa 700 ºC bei hAl < 1 nm bis 180 ºC bei hAl = 20 nm ab.
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V. Anwendung II:
Nutzung des Al-Korngrenzengefüges als Schablone für das Wachstum von cSi-Nanostrukturen bei niedrigen Temperaturen
Abb. 5: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (aufgenommen unter einer Winkel von 60º zur
Probenoberfläche) der „Oberfläche“ einer teils auskristallisierten Al/a-Si-Doppelschicht (eine 50 nm dicke AlDeckschicht und eine 30 nm dicke a-Si-Schicht, abgeschieden auf einem oxidierten Si-Wafer, anschließend 15
min geglüht bei 170 ºC). Das restliche Aluminium wurde durch chemisches Ätzen entfernt, wonach eine
Nanostruktur von ultradünnen Wänden aus reinem c-Si übrig blieb (die dunkle Phase ist nicht auskristallisiertes
a-Si).
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Wie oben gezeigt wurde, findet die Kristallisation von a-Si in a-Si/Al-Doppelschichten bei
niedrigen Temperaturen gezielt an Al-KG statt (siehe Abschnitte II, III, IV). Demzufolge sollte
die resultierende Morphologie der auskristallisierten c-Si-Phase dem ursprünglichen Gefüge der
Korngrenzen in der Al-Schicht ähneln. Unsere bisherigen MIK-Versuche an c-Al/a-SiDoppelschichten haben gezeigt, dass die Morphologie der herauskristallisierten c-Si-Phase das
Gefüge der säulenförmigen Al-KG in der katalytischen Al-Schicht tatsächlich genauestens
widerspiegelt [5]. Nach dem Entfernen des Al durch chemisches Ätzen der auskristallisierten c-
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Al/a-Si-Doppelschicht bleibt eine Struktur von ultradünnen Mauern aus c-Si übrig (siehe Abb.
5). Dies bedeutet, dass die erzeugte Nanostruktur aus c-Si mechanisch stabil ist. Chemische
Analysen mittels Auger-Elektronenspektroskopie haben bestätigt, dass die Nanostruktur aus
reinem Silizium besteht, frei von jeglichen Al-Resten.
Wir schließen daher, dass das Gefüge von Al-KG in kontaktierten, nanokristallinen
Metallschichten, bei niedrigen Temperaturen (bis zu 150 ºC), als Schablone für die kontrollierte
Herstellung von gut definierten c-Si-Nanostrukturen mit sehr hohen Oberflächen-VolumenVerhältnissen verwendet werden kann. Die Industrie hat bereits reichlich Erfahrung mit dem
Wachsen, Strukturieren und Ätzen von metallischen Dünnschichten mit einstellbarer
Korngrenzenstruktur und Korngröße. Diese Fachkenntnisse können gut genützt werden, um die
Morphologie der obengenannten c-Si-Nanostrukturen genauestens einzustellen.
Die niedrige Verarbeitungstemperatur für das MIK-Verfahren erlaubt die Herstellung von c-SiNanostrukturen
und
Dünnschichtsolarzellen
auf
kostengünstigen,
flexiblen,
aber
hitzeempfindlichen Kunststoffsubstraten. Komplexe zusätzliche Herstellungsschritte, die bisher
angewendet wurden, um vorab auskristallisierte c-Si-Dünnschichten auf hitzeempfindliche
Substrate zu übertragen, sind somit nicht mehr erforderlich.
Literaturhinweise
[1] A. Schavan:
Germany's Energy Research Plan.
Science 330, 295 (2010).
[2] Z. M. Wang, L. P. H. Jeurgens, J. Y. Wang, E. J. Mittemeijer:
Fundamentals of Metal-induced Crystallization of Amorphous Semiconductors.
Advanced Engineering Materials 11, 131-135 (2009).
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Low temperature reactions at Si/metal interfaces; What is going on at the interfaces?
Surface Science Reports 3, 357-412 (1984).
[4] Z. M. Wang, J. Y. Wang, L. P. H. Jeurgens, E. J. Mittemeijer:
Thermodynamics and mechanism of metal-induced crystallization in immiscible alloy
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Physical Review B 77, 045424 (2008).
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Metal-catalyzed growth of semiconductor nanostructures without solubility and diffusivity
constraints.
Advanced Materials 23, 854-859 (2011).
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[6] L. P. H. Jeurgens, Z. M. Wang, E. J. Mittemeijer:
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International Journal of Materials Research 100, 1281-1307 (2009).
[7] T. J. Konno, R. Sinclair:
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Materials Science and Engineering: A 179-180, 426-432 (1994).
[8] J. Y. Wang, Z. M. Wang, E. J. Mittemeijer:
Mechanism of aluminum-induced layer exchange upon low-temperature annealing of
amorphous Si/polycrystalline Al bilayers.
Journal of Applied Physics 102, 113523 (2007).
[9] Z. M. Wang, J. Y. Wang, L. P. H. Jeurgens, E. J. Mittemeijer:
Tailoring the ultrathin Al-induced crystallization temperature of amorphous Si by application
of interface thermodynamics.
Physical Review Letters 100, 125503 (2008).
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Die süße Hülle lebender Zellen – von der supramolekularen
Struktur und Dynamik zur biologischen Funktion
Richter, Ralf
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart
Korrespondierender Autor
Email: [email protected]
Zusammenfassung
Viele lebende Zellen statten sich mit einer zuckerhaltigen Hülle aus, die eine Schlüsselrolle
beim Schutz der Zelle und bei der Strukturierung und Kommunikation mit ihrer Umgebung
spielt. Eine herausragende Eigenschaft dieser perizellularen Hüllen ist ihre dynamische
Selbstorganisation
in
stark
hydratisierte,
gelartige
Netzwerke.
Maßgeschneiderte
Modellsysteme, die aus den molekularen Bausteinen der perizellularen Hüllen aufgebaut
werden, können verstehen helfen, wie die Zellhüllen funktionieren.
Abstract
Many biological cells endow themselves with a sugar-rich coat that plays a key role in the
protection of the cell and in structuring and communicating with its environment. An
outstanding property of these pericellular coats is their dynamic self-organization into strongly
hydrated and gel-like meshworks. Tailor-made model systems that are constructed from the
molecular building blocks of pericellular coats can help to understand how the coats
function.<br />
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Richter, Ralf | Die süße Hülle lebender Zellen – von der supramolekularen ...
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Die geheimnisvolle Hülle lebender Zellen
Abb. 1: (a) Illustration der Eireifung. Die gelartige Zuckerhülle um die Eizelle – engl. Cumulus Cell-Oocyte
Complex Matrix, COC Matrix – ist essenziell für den Transport der Eizelle im Eileiter und für die Befruchtung.
(b) Lichtmikroskopische Aufnahme einer Eizelle mit COC Matrix.
© Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme / Ralf Richter, adaptiert von [1] und [2]
Die Natur hat in Millionen von Jahren komplexe Materialien hervorgebracht, die in exquisiter
Weise spezifische Funktionen ausüben. Eine eher unscheinbare, biologisch jedoch sehr wichtige
Materialklasse sind die gelartigen, wasser- und zuckerreichen Hüllen, mit denen sich viele
Zelltypen ausstatten. Die menschliche Eizelle zum Beispiel umgibt sich kurz vor dem Eisprung
mit einer dicken Zuckerhülle, die die Aufnahme in den Eileiter ermöglicht und später Spermien
einfangen hilft (Abb. 1). Auch die gelartigen Eigenschaften des von Knorpelzellen produzierten
Knorpels sind essenziell für die Druckbeständigkeit und Schmierung der Gelenke.
Abb. 2: Hyaluronan und hyaluronanbindende Proteine. (a) Molekularstruktur von Hyaluronan. (b) Die
Hyaluronankette ist flexibel und bildet in Wasser ein ungeordnetes Zufallsknäuel. (c) Die Bindung von
Hyaluronan an die Zelloberfläche und an hyaluronanbindende Proteine kann verschiedenste supramolekulare
Strukturen erzeugen. Hypothetische Strukturen sind hier schematisch gezeigt. Die Rekonstruktion solcher
Strukturen in vitro erlaubt quantitative Einblicke in die supramolekulare Organisation und Dynamik sowie die
physikalisch-chemischen Eigenschaften von Zellhüllen.
© Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme / Ralf Richter
Obwohl diese Zuckerhüllen wichtige Rollen in elementaren biologischen Prozessen spielen,
wissen wir nur sehr wenig über ihre interne Organisation und wie sie funktionieren. Die
Untersuchung perizellularer Hüllen stellt auch heute noch eine Herausforderung dar. Ihre
internen Strukturen sind mit herkömmlichen Methoden kaum sichtbar zu machen, da sie
schlecht geordnet, extrem wasserhaltig und dynamisch sind. Eine essenzielle Komponente
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vieler perizellularer Hüllen ist Hyaluronan, ein langkettiger Zucker von bis zu mehreren
Mikrometern Länge (Abb. 2a-b) [3]. Darüber hinaus enthalten die Hüllen eine Reihe von
Proteinen, die an Hyaluronan binden und dabei verschiedenste supramolekulare Strukturen
erzeugen können (Abb. 2c). Von Interesse sind die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die der
Organisation und Funktion dieser Hüllen zugrunde liegen. Dafür ist es wünschenswert, von
lebenden Zellen mit ihrer komplexen Dynamik zu kontrollierten Modelsystemen mit regelbarer
Komplexität wechseln zu können.
Rekonstruktion von Zuckerhüllen im Labor – Lego mit Molekülen
Etablierte biochemische Methoden erlauben es, die einzelnen Komponenten der Zuckerhüllen
zu identifizieren, sie aus dem natürlichen Gewebe zu isolieren oder im Labor herzustellen. Ziel
ist es nun, diese Bausteine wieder zu maßgeschneiderten Modellsystemen zusammenzufügen.
Die Natur hat die Moleküle so entworfen, dass sie spezifische Bindungen miteinander eingehen.
Ähnlich wie in einem Legobaukasten passen nur gewisse Bausteine zusammen. Mit wenigen
Bausteintypen lassen sich jedoch viele verschiedene Bauwerke konstruieren.
Der so reizvolle Vergleich zwischen den Zuckerhüllen und einem Lego-Bauwerk hinkt jedoch in
zwei wichtigen Punkten. Im Gegensatz zu Legobausteinen können die Moleküle in der
Zuckerhülle sich spontan voneinander trennen und ständig neue Bindungen eingehen. Zudem
sind die Zuckerketten nicht starr sondern flexibel und können also verschiedenste Formen
annehmen. Diese Eigenschaften erklären, weshalb die Zuckerhüllen weich sind und sich
beständig umorganisieren, wenn sich die äußeren Umstände ändern. Die Fähigkeit zur
Selbstorganisation ist eine essenzielle Komponente der Zuckerhüllen.
Um aus der Vielzahl von möglichen Strukturen die gewünschte herzustellen, müssen die
Bausteine in der richtigen Konzentration und in der richtigen Reihenfolge miteinander in
Verbindung gebracht werden. Die Herausforderung ist also, Bedingungen zu schaffen, die es
den Molekülen erlaubt, sich so zusammenzusetzen, wie sie es in der Natur auch tun. Ein
äußerst hilfreiches Werkzeug dazu ist die Biofunktionalisierung von Oberflächen. Biomoleküle
werden so auf einer Oberfläche wie zum Beispiel Glas oder Gold aufgebracht, dass ihre
Verteilung, Dichte und Orientierung kontrolliert werden kann. Zusätzlich muss dafür gesorgt
werden, dass die Oberfläche passivierende Eigenschaften hat, da viele Biomoleküle die
Tendenz haben, unspezifisch an Oberflächen klebenzubleiben.
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Abb. 3: Wie kann man eine Zuckerhülle künstlich nachbauen? (a) Eine Glasoberfläche wird zu diesem Zweck
mit einer Lipidmembran funktionalisiert [4]. Die Lipidmembran ähnelt der Zellmembran und sorgt dafür, dass
die meisten Biomoleküle nicht an der Oberfläche haften können. Mittels spezieller Lipide, die eine Biotingruppe
(gelb markiert) tragen, kann jedoch der Proteinlinker Streptavidin spezifisch gebunden werden.
Biotinfunktionalisiertes Hyaluronan wird dann mit einem seiner Enden am Proteinlinker verankert. (b) Mit der
Quarzkristallmikrowaage (QCM-D) lässt sich jeder Schritt in diesem Prozess zeitaufgelöst verfolgen [5].
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Die langen Hyaluronanketten lassen sich zum Beispiel mit einem ihrer Enden an der Oberfläche
verankern, indem man sie künstlich mit einer Ankergruppe versieht (Abb. 3). Da Hyaluronan
ein flexibles und wasseranziehendes Molekül ist, formt es in Wasser ein lockeres Zufallsknäuel
(ähnlich wie weichgekochte Spaghetti im Kochtopf, Abb. 2b). Auch wenn ein Kettenende an der
Oberfläche befestigt wird, bleibt dieses Zufallsknäuel erhalten. Ist die Dichte der verankerten
Ketten jedoch hoch genug, entsteht Gedränge und die Zuckerketten beginnen, sich von der
Oberfläche weg zu strecken. Eine solche Struktur wird trefflich als (Polymer-) Bürste
bezeichnet (Abb. 3). Auch Zellen sind in der Lage, Hyaluronan mit einem Ende an ihrer
Oberfläche zu verankern, und das Modellsystem ahmt also natürliche Verhältnisse ganz
passend nach.
Untersuchungsmethoden unter Wasser
Wasser ist ein essenzieller Bestandteil der Zellhüllen. Wird das Wasser entzogen, fallen die
Zellhüllen in sich zusammen und verlieren ihre charakteristischen mechanischen und
dynamischen Eigenschaften. Aus diesem Grund sind Methoden gefragt, die es ermöglichen, die
Zellhüllen
in
wässriger
Umgebung
zu
untersuchen.
Das
interdisziplinäre
Feld
der
Grenzflächenforschung hat in den letzten Jahrzehnten eine ganze Reihe von Methoden
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entwickelt, mit denen verschiedenste Parameter von dünnen biomolekularen Filmen
quantifiziert werden können.
Abb. 4: Mithilfe eines „Werkzeugkastens“ grenzflächensensitiver und biophysikalischer Methoden lassen sich
viele Eigenschaften der Modellsysteme im Detail untersuchen und quantifizieren.
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Diese Methoden sind jedoch oft für ganz andere Anwendungen, etwa in der Biosensorik,
konzipiert worden. Auch vermag es keine dieser Techniken allein, ein ausreichend detailliertes
Bild der Struktur und Dynamik der Zuckerhüllen zu geben. Um den Hüllen die gewünschte
Information zu entlocken, ist es nötig, existierende Methoden anzupassen und geschickt
miteinander zu verknüpfen. Dies erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Biochemikern,
Materialwissenschaftlern und Physikern. Mit einem Werkzeugkasten von Methoden (Abb. 4)
lassen sich nun zum Beispiel die Filmdicke und die Elastizität der Filme präzise ausmessen.
Auch die Einlagerung zuckerbindender Proteine lässt sich zeitaufgelöst quantifizieren.
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Dynamische Selbstorganisation
Abb. 5: Verschiedene biologische Bausteine regulieren die Morphologie von Zuckerfilmen. Aggrekan führt zu
einer starken Schwellung des Hyaluronanfilms von 500 nm auf 3 µm. TSG-6 hingegen induziert die
Quervernetzung und den Kollaps des Films.
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Je nach Typ und Menge der eingelagerten molekularen Bausteine können die Zuckerfilme
verschiedenste Formen und Eigenschaften annehmen, und sich dynamisch umorganisieren.
Das Molekül Aggrekan zum Beispiel ähnelt einer mikroskopisch kleinen Flaschenbürste und
bindet mit einem seiner Enden an Hyaluronan. Die Zugabe dieses Bausteins führt zu einer
drastischen Schwellung des Zuckerfilms (Abb. 5). Die resultierende Dicke des Films deutet
darauf hin, dass die Hyaluronanketten nun nahezu vollständig gestreckt sind, und das sich eine
hierarchische Bürstenstruktur geformt hat. Solche Strukturen können eine große Menge von
Wasser halten. Als Wasserspeicher spielen sie eine wichtige Rolle für die Druckbeständigkeit
und Schmiereigenschaften des Gelenkknorpels.
Ein gegensätzlicher Effekt konnte beobachtet werden, wenn das Protein TSG-6 zu
Hyaluronanfilmen gegeben wird. Dieses Molekül vernetzt die Zuckerketten untereinander
offenbar so stark, dass der gesamte Film kollabiert. TSG-6 wird ausschließlich bei
Entzündungsprozessen produziert. Die Vermutung liegt nahe, dass der Kollaps von Hyaluronan
eine wichtige Rolle in der Steuerung von Entzündungsprozessen spielen könnte [3].
Dank maßgeschneiderter Modellsysteme und einer Palette von Untersuchungstechniken ist es
nun möglich, den Zusammenhang zwischen der supramolekularen Organisation und Dynamik,
den physikalisch-chemischen Eigenschaften und den biologischen Funktionen perizellularer
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Hüllen direkt zu untersuchen [6]. Aktuelle Hypothesen zur Funktionsweise der Hüllen können
direkt getestet und neue Hypothesen entwickelt werden. Die Modelloberflächen können mit
lebenden Zellen in Verbindung gebracht werden, um deren Verhalten zu studieren und gezielt
zu steuern. Die entwickelten Strategien sollten auch für viele andere hydrogelartige biologische
Schichten, wie zum Beispiel Schleim oder Biofilme, nützlich sein und stellen damit einen
neuartigen Ansatz im Feld der Glykobiotechnologie dar.
Literaturhinweise
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www.mpg.de
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