07.12.2022

Seltene Erden für Hightech-Anwendungen

Sonderforschungsbereich entwickelt Materialien mit neuen optischen und magnetischen Eigenschaften.

Komplexe Materialien auf Basis von Seltenen Erden sind wichtig für viele Hightech-Anwendungen, beispielsweise für Permanent­magnete oder in Bildschirmen. Die Chemie molekularer und nanoskaliger Verbindungen der Seltenen Erden sowie ihre physi­kalischen Eigenschaften untersucht nun der neue Sonder­forschungsbereich SFB „4f for Future“. Das Karlsruher Institut für Technologie koordiniert den Verbund, an dem auch die Philipps-Universität Marburg, die LMU München und die Universität Tübingen beteiligt sind. Die Deutsche Forschungs­gemeinschaft fördert den inter­disziplinären Verbund ab dem 1. Januar 2023 über vier Jahre mit mehr als zehn Millionen Euro.

Abb.: Thulium zählt zu den Seltenen Erden. Der neue SFB untersucht die...
Abb.: Thulium zählt zu den Seltenen Erden. Der neue SFB untersucht die physi­kalischen Eigenschaften von Seltenerd-Verbindungen. (Bild: P. Roesky, KIT)

Die Molekülchemie dieser Elemente ist jedoch erstaunlich wenig entwickelt. Jüngste Fortschritte auf diesem Gebiet zeigen, dass sich dies nun deutlich ändert. In den letzten Jahren haben dynamische Entwicklungen in der Chemie und Physik von molekularen Seltenerd-Verbin­dungen Grenzen und Paradigmen, die zuvor jahrzehntelang gültig waren, verschoben. „Mit der gemeinsamen Forschungsinitiative ,4f for Future‘ wollen wir ein weltweit führendes Zentrum aufbauen, das diese neuen Ent­wicklungen aufgreift und weiter vorantreibt“, sagt Peter Roesky vom Institut für Anorganische Chemie des KIT. Die Forschenden untersuchen dabei die Synthesewege und die physika­lischen Eigenschaften neuer molekularer und nano­skaliger Seltenerd-Verbin­dungen mit dem Ziel, Materialien mit noch nie dagewesenen optischen und magne­tischen Eigenschaften zu entwickeln, so Roesky.

Mit diesen Forschungen soll das Wissen über die Chemie von molekularen und nanoskaligen Verbindungen der Seltenen Erden erheblich erweitert und das Verständnis ihrer physikalischen Eigenschaften im Hinblick auf neue Anwendungen voran­getrieben werden. Neben dem neuen SFB wird die DFG auch den SFB/Transregio „Phänomeno­logische Elementar­teilchen­physik nach der Higgs-Entdeckung” (TRR 257) für weitere vier Jahre fördern. Den Forschenden des KIT, der RWTH Aachen und der Universität Siegen geht es um ein tieferes Verständnis der funda­mentalen Konzepte, die dem Standardmodell der Teilchenphysik zugrunde liegen, das die Wechsel­wirkungen aller Elementar­teilchen mathematisch schlüssig beschreibt.

Mit dem Nachweis des Higgs-Bosons wurde dieses Modell vor zehn Jahren experimentell bestätigt. Andererseits kann das Standard­modell Fragen wie etwa zur Natur der dunklen Materie, der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie oder dem Grund der Kleinheit der Neutrino­massen nicht beantworten. Im TRR 257 werden Synergien geschaffen, um die Suche nach einer umfassen­deren Theorie, welche das Standardmodell erweitert, aus komple­mentären Richtungen anzugehen. So werden beispiels­weise neue Verbindungen zwischen Flavour-Physik und der Phänomeno­logie an Hochenergie­beschleunigern geschaffen. Ziel des TRR 257 ist es, Wegbereiter bei der Suche nach einer möglichen neuen Physik jenseits des Standard­modells zu sein.

KIT / JOL

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