mini|Horst-Günter Rubahn (2017) Horst-Günter Rubahn (* 21. September 1959 in Flensburg) ist ein deutscher Physiker und Professor. Seine Kernforschungsthemen sind organische Ultradünnschichten, Photonik, Laser und Nanotechnologie. Er ist Direktor des Mads Clausen Instituts an der Technischen Fakultät der Syddansk Universitet (SDU) in Sønderborg (Dänemark).
Jugend Horst-Günter Rubahn wuchs in Wilhelmshaven auf und besuchte dort das Gymnasium. In seiner Jugend interessierte Horst-Günter Rubahn sich für Science-Fiction. Zwischen 1977 und 1986 schrieb und veröffentlichte er zahlreiche Science-Fiction-Geschichten, zum großen Teil unter verschiedenen Pseudonymen wie Claude Faine oder Iris Kruse, unter anderem in der Romanheft-Reihe SF Science Fiction, für die er auch einige Titelbilder gestaltete.
Ausbildung und beruflicher Werdegang Rubahn studierte Physik an der Georg-August-Universität Göttingen. Nach dem Diplom (rer. nat.) in Physik 1984 wurde er 1988 bei Jan Peter Toennies am Max-Planck-Institut für Strömungsforschung (seit 2004 Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation) mit seiner Dissertation Reaktive und Anisotrope elastische Streuung hoch Laser-schwingungsangeregter zweiatomiger Moleküle promoviert. Für seine Forschung als Postdoc erhielt er 1989 ein Forschungsstipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und verbrachte 1989 ein Jahr als Postdoc in der Gruppe von Richard Zare an der Stanford University in Kalifornien. Darauf folgte ein dreijähriges Habilitationsstipendium, ebenfalls von der DFG. 1998 erlangte er durch seine Habilitationsschrift Nonlinear optics at rough surfaces die venia legendi.
Von 1999 bis 2005 arbeitete Horst-Günter Rubahn als Professor am Physikinstitut der Syddansk Universitet in Odense. 2006 zog er mit seiner Forschungsgruppe in das neu errichtete Campusgebäude Alsion in Sønderborg. Dort baute er den einzigen Reinraum im südlichen Dänemark auf unter dem Dach des Nanotechnologiezentrums SDU NanoSYD am Mads Clausen Institut, dessen Leitung er 2012 übernahm und bis heute innehat. Mit dem Ruf nach Sønderborg folgte eine ordentliche Professur. Der nun immer stärker werdende Einfluss der industriegetriebenen Forschung auf Rubahns Arbeiten wird durch den Namensgeber des Instituts deutlich: Mads Clausen ist der Gründer des dänischen Danfoss Konzerns.
Errungenschaften und technische Entwicklungen
Neuartige Laseranwendungen
(Quellen: H.‐G. Rubahn, J. P. Toennies: A molecular beam study of the potential anisotropy of laser vibrationally excited Li2(v=0,20) scattered from Kr J. Chem. Phys. 89(1988)287H.‐G. Rubahn: Models for bond distance dependent alkali dimer–rare gas potentials J. Chem. Phys. 92(1990)5384H.-G. Rubahn, K. Bergmann: The effect of laser-induced vibrational bond stretching in atom-molecule collisions Annu. Rev. Phys. Chem. 41(1990)735G. Ziegler et al.: Angularly resolved rotational energy transfer in highly vibrationally excited states: Na2(v=31)--Ne J. Chem. Phys. 94(6)(1991)4252)
Zustandsselektive Bestimmung der Einzelstoßquerschnitte von Alkalimolekülen
Die Messung von Streuquerschnitten einfacher Alkalimoleküle (Lithium, Natrium) erlaubt es, Wechselwirkungspotentiale zu berechnen, die wiederum benutzt werden können, um mikroskopische und makroskopische Eigenschaften (z. B. Leitfähigkeit, thermische Kapazität usw.) vorherzusagen. Lithium und Natriummoleküle sind besonders geeignet, weil a) Laser benutzt werden können, um einzelne Rotationsschwingungszustände anzuregen und damit selektiv auszumessen, b) z. B. moderne Batterien wesentlich von den Eigenschaften dieser Elemente bestimmt werden und c) grundlegende Experimente zu z. B. ultrakalter Materie und Quantenspeicherung mit Alkaliatomen und -molekülen durchgeführt werden.
Optik von Alkaliatomen nahe rauer OberflächenH.‐G. Rubahn, V. Vogel, Ch. Wöll: Laser spectroscopical investigation of atomic sodium kept at defined distances from Au(111) single crystal surfaces via Langmuir–Blodgett films. In: J. Chem. Phys. 90, 1989, S. 6805, .F. Balzer, K. Bammel, H.‐G. Rubahn: Laser investigation of Na atoms deposited via inert spacer layers close to metal surfaces. In: J. Chem. Phys. 98, 1993, S. 7625, F. Balzer, V. G. Bordo, H.-G. Rubahn: Frequency shifts and lifetime changes of sodium atoms near rough metal surfaces. In: Optics Letters. Band 22, Nummer 16, 1997, S. 1262, .Habilitationsschrift H.-G. Rubahn: Optical properties of atoms near rough surfaces Trends in Chemical Physics, Band 6, 1997, 97
Die wohlbekannte elektronische Struktur von Alkaliatomen macht sie zu interessanten Testatomen, z. B. für die Untersuchung der Wechselwirkung von angeregten Dipolen mit der realen Bandstruktur rauer Metalloberflächen inklusive lokaler und nichtlokaler Multipolwechselwirkungen. Herausfordernd ist hier eine gute (nanometerpräzise) Definition des Abstands der Atome zur Oberfläche, die durch Benutzung ultradünner organischer Filme (Langmuir-Blodgett Filme oder selbst-organisierender Monolagen) gelang.
Oberflächengebundene Alkaliatome und Cluster
PhotodesorptionR. Gerlach, J. R. Manson, H.-G. Rubahn: Near-field time-of-flight spectroscopy of sodium atoms desorbing from surface-bound clusters. In: Optics Letters. Band 21, 15, 1996, 1183, .J. R. Manson, M. Renger, H.-G. Rubahn: Subthermal kinetic energy distributions of neutral atoms photodesorbed from Na cluster surfaces. In: Phys. Lett. A. Band 224, 1–2, 1996, 121, .F. Balzer et al.: Photodesorption of Na atoms from rough Na surfaces. In: J. Chem. Phys. 106, 1997, 7995, .V. G. Bordo, H.-G. Rubahn: On the determination of the velocity distribution of photodesorbed atoms from their excitation spectra. In: Chem. Phys. Lett. Band 309, 3–4, 1999, 143, . Nichtlineare OptikF. Balzer, H.-G. Rubahn: Third-order nonlinear optics of Na clusters bound to dielectric surfaces. In: Chem. Physical. Lett. Band 238, 1–3, 1995, 77, .Th. Müller et al.: Size dependent optical second harmonic generation from surface bound Na clusters: comparison between experiment and theory. In: Optics Communications. Band 135, 1–3, 1997, 103, J. Boness et al.: Second-harmonic generation from sodium covered Si(111)7×7 surfaces. In: Surface Science. Band 402–404, 1998, 513, .F. Balzer, S. D Jett, H.-G Rubahn: Non-linear optically active metal clusters in nanoscaled systems including self-assembled organic films. In: Thin Solid Films. Band 372, 1–2, 2000, 78, .Frank Balzer, Horst‐Günter Rubahn: Interference effects in the optical second harmonic generation from ultrathin alkali films. In: Optics Communications. 2000, Band 185, Nummer 4-6, S. 493–499, .Frank Balzer, Horst‐Günter Rubahn: Second-harmonic generation and shielding effects of alkali clusters on ultrathin organic films. In: Nanotechnology. 2001, Band 12, Nummer 2, S. 105–109, .J. Zhang, Vladimir Bordo, Horst‐Günter Rubahn: A SHG-study of Na-induced Si (111) 7×7 surface symmetry changes. In: Solid State Communications. 2001, Band 118, Nummer 6, S. 273–277, . ultra-schneller Zerfall elementarer AnregungenH.-G. Rubahn: Time constants for the decay of elementary optical excitations in surface bound Na clusters. In: Applied Surface Science. 1997, Band 109-110, S. 575–578, .Habilitationsschrift H.-G. Rubahn: Optical properties of atoms near rough surfaces Trends in Chemical Physics, Band 6, 1997, 97Jan-Hendrik Klein-Wiele, Péter Simon, Horst‐Günter Rubahn: Size-Dependent Plasmon Lifetimes and Electron-Phonon Coupling Time Constants for Surface Bound Na Clusters. In: Physical Review Letters. 1998, Band 80, Nummer 1, S. 45–48, .Jan-Hendrik Klein-Wiele, Péter Simon, Horst‐Günter Rubahn: Picosecond response of sodium clusters on dielectric substrates. In: Optics Communications. 1999, Band 161, Nummer 1-3, S. 42–46, .
Absorption, Photodesorption und generell zustandsselektive lineare und nicht-lineare Anregung und der folgende optische Zerfall von Alkaliatomen, -molekülen und Clustern auf oder nahe Oberflächen vermitteln Einblicke in grundlegende Wechselwirkungen zwischen Teilchen und Oberflächen in der Anwesenheit von Photonen. Diese wiederum können genutzt werden, um neuartige, oberflächenstrukturbasierte Bauelemente zu entwickeln.
Laser-OberflächenbearbeitungH.-G. Rubahn: Laseranwendungen in der Oberflächenphysik und Materialbearbeitung, Vieweg & Teubner 1996, ISBN 978-3-519-03231-1H.-G. Rubahn: Laser Applications in Surface Science and Technology, Wiley-VCH 1999, ISBN 978-0-471-98450-4H.-G. Rubahn, Frank Balzer: Laseranwendungen an harten und weichen Oberflächen, Springer 2005, ISBN 978-3-519-00490-5
Die rasante Weiterentwicklung des Lasers in den 80er und 90er Jahren des 20. Jahrhunderts öffnete eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, mit Lasern Oberflächen unterschiedlichster Materialien definiert zu strukturieren und zu manipulieren. Auf der Grundlage eigener Arbeiten am Max-Planck-Institut und am Laserlabor Göttingen hat Horst-Günter Rubahn eigenständig und zusammen mit Kollegen Monographien zu diesem Thema verfasst.
Neuartige organische dünne Schichten und Aggregate
Organische molekulare Nanotechnologie (OMN)Katharina Al-Shamery, Horst-Günter Rubahn, Helmut Sitter: Organic Nanostructures for Next Generation Devices, Springer 2008, doi:10.1007/978-3-540-71923-6 ISBN 978-3-540-71923-6Katharina Al-Shamery et al.: Interface Controlled Organic Thin Films, Springer 2009, doi:10.1007/978-3-540-95930-4 ISBN 978-3-540-95930-4
Horst-Günter Rubahn entwickelte langfristig das Konzept der organischen molekularen Nanotechnologie mit.Manuela Schiek, Frank Balzer, Katharina Al‐Shamery, Jonathan R. Brewer, Arne Lützen, Horst‐Günter Rubahn: Organic Molecular Nanotechnology. In: Small. 2008, Band 4, Nummer 2, S. 176–181, . Auf der Basis eines molekularen Bausteins (organisches Molekül) mit chemisch geschneiderter Funktionalität werden über einen oberflächenvermittelten Selbstorganisationsprozess größere Aggregate mit gewünschter Funktionalität erzeugt, die dann von der Templatoberfläche entfernt und in Bauelemente integriert werden.
Als Templat wurde Glimmer genutzt, der durch Spaltung die einfache Erzeugung wohldefinierter kristalliner Oberflächen ermöglicht. Auf Glimmer wachsen p6P (para-Hexaphenylen) und andere Polyphenylene in der Form von geordneten, manchmal kristallinen Nanofasern.F. Balzer, H.-G. Rubahn: Dipole-assisted self-assembly of light-emitting 𝑝p-nP needles on mica Appl. Phys. Lett. 79(2001)3860 In Rubahns Arbeitsgruppe wurde gezeigt, dass damit nanoskalierte optische Elemente wie Wellenleiter,F. Balzer et al.: Optical waveguiding in individual nanometer-scale organic fibers Phys. Rev. B 67(2003)115408 Frequenzverdoppler,J. Brewer et al.: Nanofiber Frequency Doublers Nano Lett. 6, 12(2006)2656 LaserF. Quochi et al.: Gain amplification and lasing properties of individual organic nanofibers Appl. Phys. Lett. 88(2006)041106 und PlasmonenkopplerF. Balzer, H.-G. Rubahn: Growth Control and Optics of Organic Nanoaggregates Advanced Functional Materials Vol 15, 1(2005)17Ilya P. Radio et al.: Organic nanofiber-loaded surface plasmon-polariton waveguides Optics Express 19, 16(2011)15155Till Leißner et al.: Surface Plasmon Polariton Emission Prompted by Organic Nanofibers on Thin Gold Films Plasmonics 7(2012)253 hergestellt werden können, aber auch TransistorenJakob Kjelstrup-Hansen et al.: Electrical properties of a single p-hexaphenylene nanofiber Thin Solid Films 515, 2(2006)827Luciana Tavares et al.: Organic nanofibers integrated by transfer technique in field-effect transistor devices Nanoscale Research Letters 6(2001)319 und elektrisch getriebene Lichtquellen.Lars Duggen et al.: Finite Element Simulation of Photoacoustic Pressure in a Resonant Photoacoustic Cell Using Lossy Boundary Conditions International Journal of Thermophysics 32(2011)774
Das Anwendungspotential der OMN führte zu einigen Patentanträgen und zur Gründung zweier mäßig erfolgreicher Start-Up Firmen, Nanofiber A/S (2005–2013) und NanOrig A/S (2011–2020)
Ultradünne organische Filme