Forschungsschwerpunkte

Der Schwerpunkt unserer Gruppe liegt auf der experimentellen Plasmaphysik.

Während das Zweikörperproblem im Allgemeinen noch recht gut analytisch gelöst werden kann, erhöht sich die Komplexität bereits bei nur drei Körpern erheblich. In Plasmen werden jedoch Teilchendichten in der Größenordnung von 1015 bis 1019 m-3 erzeugt, so dass diese Systeme mit den Methoden der statistischen Physik beschrieben werden müssen. Außerdem wirken Coulomb-Kräfte auf die Ladung, so dass Plasmen ein kollektives Verhalten zeigen.

Plasmen spielen eine wichtige Rolle in Natur und Technik. 99,9 % der sichtbaren Materie im Universum befindet sich im Plasmazustand. Im Gegensatz zu astrophysikalischen Plasmen stehen alle auf der Erde erzeugten Plasmen in Kontakt mit umgebenden Medien. Der Einfluss eines solchen Mediums bestimmt grundlegend die Eigenschaften des Plasmas, zum Beispiel durch das Gleichgewicht zwischen Teilchenerzeugung und Energieeinkopplung im Plasma und Verlusten an der Oberfläche. Umgekehrt ergibt sich der Wert von Plasmen für die Technik sogar direkt aus der Beeinflussung des Mediums durch das Plasma, z. B. basieren mehr als 70 % aller Prozessschritte zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen auf Plasma-Oberflächenprozessen. Dennoch gibt es noch große Defizite bei der Beschreibung von Nichtgleichgewichtsprozessen an dieser Grenzfläche. Oft ist die Beschreibung rein empirisch und berücksichtigt nicht die Reziprozität der Prozesse an der entsprechenden Grenzfläche zwischen Plasma und Medium, zum Beispiel bei der Verwendung von Sekundärelektronenkoeffizienten oder Sputterraten. Die Kenntnis dieser Vorgänge ist jedoch für die Weiterentwicklung der Plasmatechnik, z.B. beim Einsatz von Plasmen in der Katalyse zur Herstellung von CO₂-neutralen Kraftstoffen, unerlässlich.

Um die empirische Beschreibung durch physikalische Modelle zu ersetzen, konzipieren wir unsere Plasmaquellen und unsere Experimente speziell für diese Frage. Zur Analyse nutzen wir sowohl Plasma- als auch Oberflächendiagnostik. Wir legen großen Wert darauf, unsere komplexen Experimente mit einfachen Modellrechnungen zu unterstützen und die Ergebnisse der Experimente mit Simulationen vergleichbar zu machen.

Aktuelle Forschungsthemen sind Ladungseffekte bei dielektrisch behinderten Oberflächenentladungen, die Wechselwirkung von Plasmen und Oberflächen unter dem Einfluss von Laserstrahlung sowie der Einsatz von Plasmen in der Biokatalyse und in medizinischen Anwendungen.

• Plasmagrenzfläche
• Plasmaphysik bei Atmosphärendruck
• Plasmachemie in reaktiven Plasmen
• Referenzquellen und Charakterisierungsmessungen für die Plasmamedizin
• Plasmadiagnostik:
  • Messungen der elektrischen Leistung
  • (phasenaufgelöste) optische Emissionsspektroskopie
  • Ultraviolett-Spektroskopie
  • Laser-Absorptionsspektroskopie