Исследования учёных в Центрах имени Гельмгольца охватывает важнейшие научные и технологичные вызовы в работе с фотонами, нейтронами и ионами. С помощью внутренних исследований форсируются методы, оснащение измерительной аппаратурой и интеграция технологий. Методы исследования фотонами, нейтронами и ионами отвечают многосторонним потребностям пользователей, к которым относятся различные предметные области и новые развивающиеся дисциплины. Для этого необходимо специализированное оборудование, техники подготовки и лабораторная инфраструктура. Внутренние исследования в Центрах имени Гельмгольца является предпосылкой идентификации потребностей пользователя. Также, они интегрируют разные сферы: исследовательские центры и университеты, объединяют центры друг с другом, совмещают исследование и применение, специалистов и начинающих, дополнительные техники, а также включают образовательную деятельность в центрах и университетах.
- .
Атомы, молекулы, плазмы
Для важных основополагающих вопросов атомо-молекулярной физики и физики плазмы крупные ФНИ-машины предлагают уникальные экспериментальные возможности и высоко-современное оснащение измерительной аппаратурой. Примеры исследований:
- опыты по квантовым электродинамическим эффектам в сильных полях с помощью высокозаряженных тяжёлых ионов в замкнутой цепи;
- симуляция центра звезды с помощью плазмы, которая производится от ионного луча;
- наблюдение за динамикой структурных изменений молекулы в течении фемтосекунды и электронных переходов с помощью ультракоротких импульсов лазера на свободных электронах.
- .
Магнетизм и высоко-коррелированные электронные системы
Магнетизм и высоко-коррелированные электронные системы - это центральная часть изучения фотонов и нейтронов. Исследования в данных областях обеспечивает лидерство крупномасштабных ФНИ-машин в поляриметрии и ларморовой маркировки нейтронами, высоких магнитных полях для нейтронного излучения и в изучении комплексной многокомпонентной системы с помощью нейтронов, фотонов и специальных лабораторных методов. Важно также исследование магнетизма на поверхности, поверхности раздела и наночастиц для глубокого понимания функций магнетических материалов. Инновационные экспериментальные техники в области фемтосекундного времени открывают новые возможности в науке.
- .
Материалы
Глобальная потребность в энергии и природным сырье стремительно растёт, в то время как ресурсов становится всё меньше. Важным аспектом в области сбережения ресурсов и защиты окружающей среды является развитие лёгких и многофункциональных материалов. Исследование ФНИ-материалов разрабатывает новые или оптимизирует существующие материалы и их производство. Кроме того, открываются новые сферы их применения. Изучаются различные аспекты твёрдых и жидких металлов. Неповторимые экспериментальные техники, которые разрабатываются в ФНИ-программе, двигают вперёд исследования в области микроструктуры материалов, которое было бы невозможно при использовании других методов.
- .
Микро- и нанонауки и технологии
Структурирование и обработка материи на ультрамаленьких шкалах длины открывают применения, выходящие за рамки традиционных технологий: контроль и манипуляция атомами, наблюдение и симуляция коллективных феноменов, обработка комплексных материалов и расширение микросистем атомов до порядка величин нашей современной жизни. Для оптимизации нано- и микропроизводства всё большее значение приобретает комбинация производства и анализа. Большое значение имеют неразрушающие техники, эксперименты в относительных условиях процесса, методы корреляции структур и функций, также конфекция новых материалов и приборов по нанометрической шкале.
- .
Мягкая материя и науки о жизни
Мягкая материя и науки о жизни являются точкой пересечения физики, химии и биологии, где появляются новые увлекательные области исследования, требующие междисциплинарного подхода. ФНИ-программа предоставляет инструменты исследования мягкой материи и наук о жизни. Это делает возможным изучение полимеров и нанокомпозитов, коллоидов и микроэмульсий, компонентов ядра и биоматериалов. Особые вызовы для высокоразвитой инфраструктуры ФНИ - медленная динамика в плавлении полимеров и коллоидных стёкол, функциональная динамика биомолекул, конфекция биомолекул или определение структуры на месте.
