Energimaterialens fysik

Vetenskaplig strategi

Atomstruktur och elektrondynamik avgör egenskaperna hos materia och definierar förutsättningarna för fysikaliska (optiska, elektriska, magnetiska) och kemiska processer. En grundläggande förståelse för – och slutligen kontroll av – sambanden mellan atomstruktur och elektrondynamik är därför en nödvändig förutsättning för kunskapsbaserad design av nya funktionella material. Sådan förståelse kräver studier av växelverkan mellan fotoner och elektroner i atomer, molekyler och kondenserad materia inom dess naturliga längd- och tidsskalor (Ångström respektive atto/femtosekunder) under verkliga förhållanden.

Röntgenbaserade metoder är centrala här eftersom de möjliggör studier av interaktionen mellan fotoner och elektroner på atomnivå. Den kraftiga utvecklingen inom detta område utlovar även nya möjligheter för rums- och tidsupplösning. För att kunna utnyttja dessa egenskaper och utöka den fundamentala förståelsen för hur nya högpresterande funktionella material ska designas krävs också att de förhållanden som är essentiella för funktionen kontrolleras. Detta förutsätter detaljerad kunskap inom specifika forskningsområden. Därför behövs olika typer av metodutveckling, en mer spektroskopibaserad och en mer systembaserad. Unikt för vår nuvarande forskningsplan är att vi är världsledande inom båda dessa områden. Vi kommer därför att kunna effektivt tillgodogöra oss de nya utvecklingarna för våra planerade studier inom molekyl- och kondenserade materiens fysik, samtidigt som vi vidare stärker den interdisciplinära forskningen vid Uppsala universitet.

Röntgenbaserade metoder

I båda forskningsprogram utvecklar vi och använder röntgenbaserade metoder för att förstå elektronisk struktur på atomär nivå. En viktig del av forskningsinsatserna är utvecklingen av toppmoderna instrumentella tekniker jämte utröningen av de olika vetenskapliga frågeställningarna.

Utveckling av innovativa instrument har alltid avancerat vår kunskapsfront; samtliga fyra Nobelpris utdelade till Uppsala universitet är nära kopplade till just instrumentutveckling. De instrument vi utvecklar idag är riktade mot att förse oss med ännu djupare insikter om fundamentala processer i materia på atomära längd- och tidsskalor.

En sådan aktuell utveckling är Uppsalas samordning av Uppsala Berlin joint Laboratory (UBjL) som möjliggör lågdosfotoemission på känsliga prover samt möjligheten att utföra så kallad Coincidence ESCA.

Andra forskningsområden innefattar kontinuerlig förbättring av vår lokala laserkälla HELIOS för tidsupplöst fotoemission, tidsupplöst MOKE och effektiv bandmapping såväl som att göra femtosekundupplöst RIXS vid en XFEL möjligt.

Vid MAX IV i Lund leder vi utvecklingen av VERITAS-strålröret vilket kommer att möjliggöra mycket högupplöst RIXS, och vi är också centrala i utvecklingen av HIPPIE och SPECIES för högtrycks-PES och för högupplöst mjukröntgen-RIXS.

Våra långsiktiga mål (>3 år) innefattar PETRA-III-strålröret, sub-meV-upplösning med FTS, utforska nya möjligheter med högre övertonsgenerering för tidsupplöst corenivå-spektroskopi, RIXS kartläggningsspektrometer (vidareutveckling av femtosekundupplöst RIXS) och ARToF vid höga kinetiska energier.

Spektrometrar

Instrument utvecklade under de senaste åren av avdelningen för att studera olika materials elektronstruktur

• ARTOF – Angular Resolved Time of Flight
• FTS – Fourier Transform Spectroscopy
• T-MOKE – Transverse Magneto-Optic Kerr Effect
• VERITAS-spektrometern
• SQS (Small Quantum Systems) RIXS vid European XFEL

Strålrör vid MAX IV

Strålrör utvecklade av vår avdelning vid MAX-IV-laboratoriet

• VERITAS
• HIPPIE
• SPECIES (inkluderar PGS, Grace)

Avdelningens laboratorier på Ångström

Större experimentuppställningar som utvecklats och drivs av vår avdelning

• HELIOS – High Energy Laser Induced Overtone Source
• AFM/STM – Atomic Force Microscopy och Scanning Tunneling Microscopy
• ESCA – Electron Spectroscopy for Chemical Analysis

Internationella infrastrukturer

Laboratorier och experimentuppställningar utanför Sveriges gränser med understöd från vår avdelning

• UBjL – Uppsala-Berlin joint Laboratory vid BESSY II
• VIKING-stationen vid LCLS

Medarbetare

Agåker, Marcus forskare
Bidermane, Ieva gästforskare
Englund, Carl-Johan forskningsing.
Gopakumar, Geethanjali doktorand
Leitner, Torsten forskare
Maripuu, Rein forskare
Mucke, Melanie forskare
Mårtensson, Nils seniorprofessor
Nordgren, Joseph seniorprofessor
Siegbahn, Hans seniorprofessor
Stefanuik, Robert forskare
Svensson, Svante seniorprofessor
Söderström, Johan bitr. lektor
Wassdahl, Nial forskningsing.