Indholdsfortegnelse Forrige afsnit Næste afsnit Instituttets årsberetning - publikationsliste - forbrug

INSTITUT FOR FYSIK OG ASTRONOMI

Igangværende forskningsprojekter

Lektor Axel S. Jensen m.fl.: Inden for mellemenergi-fysik er der arbejdet med at undersøge den såkaldte Chirale perturbationsteori for pi-pi og pi-N spredning. Inden for kernefysik er resonanser, tre-partikel Thomas-Ehrmann skift og spinafhængige effektive vekselvirkninger studeret. Indenfor generel fysik er tre-partikel henfald af mange-partikel resonanser studeret. Forekomsten af Borromeanske systemer er afklaret i forbindelse med påvisningen af sammenhængen mellem to- og tre-partikel resonanser. Betingelser for forekomst af Efimov tilstande i elektron-molekylsystemer er undersøgt. Korrelationer er undersøgt for boson systemer med lav tæthed for vilkårligt store spredningslængder. Specielt er foreslået at Efimov-agtige tilstande kan findes i mange-partikel boson systemer.

Professor Klaus Mølmer m.fl.: Inden for teoretisk atomar, molekylær og optisk fysik  er molekylers vekselvirkning med laserfelter blevet studeret bl.a. med henblik på undersøgelser af afhængighed af orientering mellem molekylet og laserfeltet. Regninger på laser-assisteret spredning af elektroner på atomer har bidraget til forståelsen af nyere eksperimenter, og der er blevet udviklet en ny metode til eksakt numerisk løsning af tidsafhængige problemer i atomfysikken. Frembringelse af lyspulser i en ny dansk fremstillet optisk fiber er blevet analyseret, og det er blevet foreslået at særlige sekvenser af lyspulser kan sikre ekstrem præcis kontrol over ioners tilstande i krystaller til trods for ionernes meget varierende vekselvirkning med omgivelserne. Der er foretaget studier af udsendelse af partikler og elektromagnetisk stråling fra exciterede klynger, og studiet af høj-energetiske fotoprocesser er fortsat. Endvidere er der arbejdet med forskellige aspekter af nedbremsning af tunge, relativistiske ioner. Metoder til dannelse og detektion af molekylære Bose-kondensater og særlige tilstande af kolde fermioniske atomer er blevet foreslået, og et arbejde vedrørende tomografi af kvantetilstande er blevet indledt med henblik på analyser af svingninger i ultra-kolde gasser.

Professor Niels Egede Christensen m.fl.: I teoretisk faststoffysik foretages kvantemekaniske beregninger af elektroniske, optiske, kohæsive og magnetiske egenskaber af halvledere og metaller, supergitre, grænseflader og punktdefekter. Nye højtryksfaser af halvledere og alkalimetaller er blevet identificeret i samarbejde med eksperimentalfysikere. Lokaliserede elektrontilstande og Mott-overgange i materialer med stærkt korrelerede elektronsystemer er blevet studeret. Vedhæftning af atomer og molekyler til metaloverflader undersøges med henblik på at opnå en forståelse af fænomener som heterogen katalyse, aktivering i brændselsceller, korrosion af materialer og dannelse af nano-strukturer. Endvidere arbejdes der med en dynamisk beskrivelse af ikke-ligevægtssystemer baseret på feltteori og numeriske simuleringer med henblik på undersøgelser af grænsefladevækst og andre ikke-ligevægtsproblemer indenfor bløde materialer og biologisk fysik.

Lektor Lars Andersen m.fl.: Eksperimentel atomar, molekylær og optisk fysik . Der arbejdes med undersøgelser der involverer vekselvirkning mellem atomer, molekyler og biomolekyler samt elektroner og fotoner. Ioner studeres i ionfælder hvor kemiske reaktioner kan studeres ved meget lave temperaturer efter laserkøling. Der udføres også kvanteoptiske eksperimenter baseret på Coulomb-krystaller bestående af atomare ioner, og køling og kontrol af små molekylære ioner. Ved CERN studeres kollisionsprocesser der involverer antiprotoner med henblik på studier af antibrint og beskadigelse af bio-materiale. Ved instituttets lagerring, ASTRID, er molekylære processer ved stød med lavenergetiske elektroner undersøgt. Dobbeltladede negative molekylære ioner (dianioner) studeres i gasfasen via spredningsforsøg med frie elektroner ved ASTRID og instituttets nyeste ring ELISA. ELISA benyttes også til fotoabsorptionsstudier af biomolekyler og undersøgelser af molekyler under elektronbeskydning samt studier af klyngers egenskaber. Fragmentationsstudier af store molekylære ioner udføres også ved instituttets acceleratorer. Molekylers dynamiske egenskaber studeres med hurtige laserpulser både i gasfasen og i forbindelse med overflader af metaller. Overflademanipulation med femto sekund laser pulser studeres med henblik på praktiske anvendelser.

Professor Flemming Besenbacher m.fl.: I STM gruppen har vi bl.a. gennemført studier af oxidoverflader der både er af stor grundvidenskabelig og teknologisk interesse i forbindelse med bl.a. katalyse. Vi har studeret TiO ₂ -overfladen med henblik på større forståelse af hvorledes overfladedefekter, specielt iltvakancer (manglende ilt-atomer), påvirker overfladeprocesser på TiO ₂ -overfladen. Ud fra dynamiske STM-studier hvor vi kan optage såkaldte STM-film, se fx www.phys.au.dk/camp/stmmovies.shtm, kan vi dels udtale os om defekternes diffusionsegenskaber, dels om hvorledes metal-nanostrukturer dannes ved metalfordampning under indflydelse af overfladedefekter. Ved at optage STM film af defektdiffusionsprocessen ved forskellige temperaturer har vi afsløret at der ligger en både kompleks og overraskende mekanisme bag diffusionen af iltvakancer. Endvidere har vi vist at guld ved pådampning bindes til iltvakancer i overfladen. Senest har vi opdaget en helt ny type diffusionsmekanisme for adsorberede molekyler, i dette tilfælde de netop nævnte oxygenmolekyler der medierer vakancediffusion på TiO ₂ -overfladen. Normalt foregår diffusion på grund af en vekselvirkning mellem molekylerne og såkaldte gittersvingninger (fononer) i overfladen. Ved hjælp af forskernes nye STM-resultater blev det dog klart at en ny teori måtte på banen for at forklare iltdiffusionen på TiO ₂ . Ved nærmere undersøgelser viste det sig at diffusionen af molekylerne er styret af ladningsoverførsler fra overfladen. Når en elektron overføres fra overfladen til et iltmolekyle, bliver iltmolekylet negativt ladet. Molekylet foretager derved et "hop" på overfladen hvorefter elektronen forlader molekylet igen. Resultaterne er af stor grundvidenskabelig betydning. Titaniumdioxid er en halvleder, og det er velkendt hvorledes man kan ændre de elektroniske egenskaber af sådanne materialer ved for eksempel at docere materialerne. Vi forudser derfor at resultaterne på længere sigt kan lede til helt nye designstrategier inden for fx katalysatorudvikling baseret på metaloxider. STM-studierne af organiske molekylers vekselvirkning med metaloverflader er blevet udvidet. Diffusion, adsorptionsstrukturer og evt. inducerede modifikationer af metaloverfladen er blevet undersøgt. I samarbejde med en fransk forskergruppe har vi studeret en gruppe molekyler der er opbygget som en plade med fire ben, og som går under navnet Lander-molekyler. Deponering af Lander-molekyler på overfladen af en kobberkrystal resulterede i adsorption langs stepkanter. Ved forsigtigt med STM'et at skubbe Lander molekylerne væk fra stepkanten blev det afsløret, at hvert Lander-molekyle virker som en støbeform på nanoskala, idet ensartede rektangler af kobberatomer var dannet under hvert Lander-molekyle. Desuden viste det sig at størrelsen af den dannede nanostruktur kunne kontrolleres ved at deponere molekyler med forskellige størrelser på pladen der holdes af de fire ben. En længere og bredere plade resulterede således i en større, men stadig veldefineret nanostruktur. Resultatet peger mod en ny selvfabrikationsproces på nanoskala hvor specifikt designede molekyler kan frembringe prædefinerede mønstre ("ledningsforbindelser") på en overflade. STM studierne af overfladereaktivitet af nanostrukturer er fortsat. For eksempel er det i et samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet og firmaet Haldor Topsøe A/S blevet vist at klynger af MoS der normalt er en halvleder, har metalliske elektrontilstande ved kanterne. Dette kan have en afgørende betydning for klyngernes reaktivitet. Flere detaljer kan findes på www.phys.au.dk/camp .

Lektor Philip Hofmann m.fl.: Gruppen for fotoelektronspektroskopi og overfladefysik , der er tilknyttet Institut for Lagerringsfaciliteter (ISA), har arbejdet med undersøgelser af den geometriske og elektroniske struktur af halvmetaloverflader. To eksperimentelle teknikker blev brugt til dette formål. Den geometriske struktur blev studeret vha. lavenergi-elektrondiffraktion (LEED), og den elektroniske struktur med vinkelopløst fotoemission ved opstillingen på undulatoren af lagerringen ASTRID. Studier af forskellige overflader af halvmetallet Bi, viser at dette materiale pga. elektroniske overfladetilstande er et langt bedre metal på overfladerne end i det indre. Disse overflader kan derfor betragtes som næsten to-dimensionelle metaller og danner meget gode modelsystemer for studier af metalliske egenskaber i næsten to dimensioner - dette er for eksempel relevant til højtemperatur superledning. Undersøgelserne har især været af elektron-fonon vekselvirkningen. Gruppen har desuden gennemført en række undersøgelser af andre systemer som komplekse oxider og molekylkrystaller. Nogle af disse projekter blev udført i samarbejde med andre europæiske grupper og støttet igennem ISAs EU bevilling til "Access for research facilities".

Lektor Brian Bech Nielsen m.fl.: Gruppen for halvlederfysik har påbegyndt en ny serie undersøgelser af germanium nanokrystaller indlejret i siliciumdioxid deponeret på en siliciumskive. Dannelsen af nanokrystallerne er blevet studeret med transmissions-elektronmikroskopi (TEM), og et nyt fotoluminescensudstyr er anskaffet med henblik på at bestemme og optimere den lysinducerede emission fra nanostrukturerne. Herudover har gruppen fortsat undersøgelserne af strålings- og urenhedsinducerede defekter i en række materialer. Detaljerede målinger af disse defekters elektroniske, vibrationelle, og dynamiske egenskaber er blevet gennemført ved anvendelse af en række teknikker som deep level transient spektroskopi, infrarød absorptionsspektroskopi samt elektron-spin resonansmålinger. Undersøgelserne af strålingsinducerede defekter i MBE-dyrkede legeringer af Si, Ge og Sn er blevet videreført, og de vibrationelle egenskaber af isolerede brintatomer i monoisotopiske siliciumkrystaller og i SiGe legeringer er blevet undersøgt med infrarød absorptionsspektroskopi. Desuden er undersøgelser af brint-relaterede defekter i GaN blevet iværksat. Endelig kan nævnes at gruppen i juli måned 2003 var arrangør for en international kongres (ICDS-22), der blev afholdt på Aarhus Universitet med 282 deltagere fra 35 forskellige nationer.

Professor Jørgen Bøttiger m.fl.: Tyndfilmsgruppen har bl.a. arbejdet videre med fremstilling af Cr ₂ N/Cu nanokompositter ved hjælp af reaktiv magnetron sputtering. Nanostrukturen af de fremstillede film er blevet studeret med røntgendiffraktion og transmissions-elektronmikroskopi. Filmenes overfladeruhed stiger stærkt med substrattemperaturen, idet Cu segregerer til overfladen. Cr ₂ N/Cu filmenes mekaniske egenskaber vil blive målt ved hjælp af nanoindentation. Ved synkrotronen i Grenoble er udviklingen af nanostrukturen under groning af Cu film blevet studeret "in situ" ved hjælp af røntgendiffraktion og -refleksion. Med en forøgelse af forspændingen på substratet formindskes kornvæksten og hastigheden af ændringer i teksturen hvilket skyldes forskelle i nanostrukturen med varierende forspænding.

Lektor Gerd Weyer m.fl.: Kernefysiske metoder bliver også anvendt til faststoffysiske undersøgelser, såsom elektroniske og dynamiske egenskaber ved radioaktive urenhedsatomer i defektstrukturer i faste stoffer. Dertil anvendes Mössbauer spektroskopi og deep level transient spektroskopi fortrinsvis i halvledersystemer med radioaktive isotoper fra ISOLDE-anlægget (CERN) og ISL tungionacceleratoren (Hahn-Meitner-Institut, Berlin). Ved hjælp af Mössbauer spektroskopi undersøges specielt diffusionen på en atomar skala af interstitielle Fe urenhedsatomer i de to forskellige ladningstilstande i silicium og i Si _1-x Ge _x legeringer.

Lektor Karsten Riisager m.fl.: Gruppen for subatomar fysik arbejder fortrinsvis med kernestruktur og kernehenfald. Studiet af de ekstremt neutronrige eller protonrige kerner er fortsat ved flere udenlandske laboratorier. Ved ISOLDE (CERN) er studier af lav-energi kernereaktioner med radioaktive stråler ( ⁹ Li) fortsat. Betahenfaldet af halokernen ¹¹ Li er undersøgt i detalje med en ny detektoropstilling, og der er påvist en forbavsende stor asymmetri i henfaldet af spejlkernerne ⁹ Li og ⁹ C. Strukturen af halokerner og nærtliggende ubundne systemer er undersøgt ved ISOLDE og ved GSI (Darmstadt), bl.a. via studier af den ubundne isotop ⁵ H. Endelig er analysen af myon indfangning på eksotiske kerner fortsat, og eksperimentelle data for den tunge ⁴⁸ Ca isotop er offentliggjort.

Laboratorieleder Jan Heinemeier m.fl.: Ved tandemacceleratoren foretages rutinemæssigt ¹⁴ C-dateringer ved hjælp af acceleratormassespektrometri. Metoden tillader datering af meget små prøver, helt ned til ca. 0,1 mg kulstof, hvilket er godt 1000 gange mindre end den konventionelle metode. AMS-faciliteten er i 1992 etableret som et permanent dateringslaboratorium, finansieret ved en kombination af støtte fra SNF og brugerbetaling. Der er således adgang til at få dateret geologiske, geofysiske og arkæologiske prøver først og fremmest for forskere i Danmark og det øvrige Norden. Ved hjælp af målinger af ¹⁴ C og stabile isotoper driver laboratoriet desuden sin egen forskning inden for metodeudvikling, grundvandsdatering, havvandsundersøgelser, atmosfæreundersøgelser, undersøgelser af fødekæden for dyr og mennesker samt rekonstruktion af palæobefolkningers kostsammensætning ud fra arkæologisk knoglemateriale. AMS ¹⁴ C Dateringslaboratoriet har status af nationalt instrumentcenter ved kontrakt med SNF.

Professor Jørgen Christensen-Dalsgaard m.fl. Astronomi: Inden for teoretisk astrofysik er der arbejdet med følgende emner: Kosmisk stråling med ultrahøje energier. Quark-stof i det tidlige univers, i neutronstjerner, samt i relativistiske tungion-kollisioner. Neutrinofysik i det tidlige Univers samt i supernovaer. Svage vekselvirkningsrater og deres betydning for supernovaer. Beregning af halveringstider og reaktionsrater i forbindelse med neutron-indfangningsprocesser i supernovaer. Reaktionshastigheder af betydning for kernesyntese og dynamik i eksplosiv brintforbrænding i novaer og røntgenkilder. Undersøgelser af teknikker til helioseismisk inversion, specielt vedrørende bestemmelse af Solens struktur. Inversion for Solens indre rotation, specielt i Solens konvektionszone, ud fra observationer fra GONG-netværket og SOHO-satellitten. Beregning af sene udviklingsfaser for stjerner, specielt under helium-forbrændingen. Udvikling af metoder til tilpasning af stjernemodeller til observerede egenskaber. Effekten af hurtig rotation på stjernesvingninger. Analyse af metoder til behandling af asteroseismiske data. Videreudvikling af teknikker til beregning af stjernemodeller, specielt behandlingen af konvektive kerner. Detaljeret modelberegning for alfa Centauri-systemet, med henblik på fortolkning af observationer af sollignende svingninger for stjernerne i systemet.

Docent Poul Erik Nissen m.fl.: Inden for observationel astronomi er der under anvendelse af ESOs Very Large Telescope og det Nordiske Optiske Teleskop arbejdet på følgende projekter: Spektralanalyse af stjerner med henblik på bestemmelse af forholdet mellem forekomsten af svovl og zink. Fotometriske og spektroskopiske tidsserier for pulserende stjerner af forskellig type med fokus på bl.a. stjernerne alpha Centauri A og B. Undersøgelse af stjernedannelse i Orion og andre Galaktiske områder. Studier af dobbeltstjerne-systemer i stjernehobene NGC 188, 2243 og 6791. Forsøg på detektion af sollignende svingninger af kæmpestjerner og RR Lyrae variable i kuglehoben M4. Bestemmelse af optiske lyskurver for Gamma Ray Burst-objekter, og studier af disses værtsgalakser. Anvendelse af Gamma Ray Bursts til undersøgelse af galaksedannelse i det tidlige univers. Instrumentelle projekter: Design af og forstudie til payloaden på ESA's Eddington satellit. Installation og afprøvning af spektrograf til det Nordiske Optiske Teleskop. Renovering af 50cm teleskopet på Ole Rømer Observatoriet og installation af nyt udstyr til offentlige forevisninger og undervisning i stedet for 40cm teleskopet.