Prof. Dr. Judith Golda

Der Fokus unserer Arbeitsgruppe liegt auf der experimentellen Plasmaphysik.

Während das Zweikörperproblem gemeinhin noch recht gut analytisch zu lösen ist, ist die Komplexität bei nur drei Körpern schon um ein Vielfaches erhöht. In Plasmen werden jedoch Teilchendichten in der Größenordnung 10¹⁵ bis 10¹⁹ m^-3 erzeugt, sodass diese Systeme mit den Methoden der statistischen Physik beschrieben werden müssen. Hinzu kommen die auf die Ladung wirkenden Coulomb-Kräfte, sodass Plasmen kollektives Verhalten zeigen.

Plasmen spielen eine große Rolle in Natur und Technik. 99.9 % der sichtbaren Materie im Universum befinden sich im Plasmazustand. Im Gegensatz zu astrophysikalischen Plasmen stehen alle Plasmen, die auf der Erde erzeugt werden, in Kontakt mit umgebenden Medien. Der Einfluss eines solchen Medium bestimmt ganz grundlegend dessen Eigenschaften, beispielsweise durch die Balance zwischen Teilchenerzeugung und Energieeinkopplung im Plasma und Verlusten an der Oberfläche. Umgekehrt ergibt sich der Wert von Plasmen für die Technologie sogar gerade erst aus dem Einfluss des Plasmas das Medium, z.B. beruhen über 70 % aller Prozessschritte zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente auf Plasma-Oberflächen-Prozessen. Trotzdem bestehen bei der Beschreibung der Nichtgleichgewichts-Prozesse an dieser Grenzfläche noch große Defizite. Oft ist die Beschreibung rein empirisch und berücksichtigt nicht die Wechselseitigkeit der Prozesse an der entsprechenden Grenzfläche zwischen Plasma und Medium, wie beispielsweise bei der Verwendung von Sekundärelektronenkoeffizienten oder Sputterraten. Das Wissen über diese Prozesse ist allerdings essentiell für die Weiterentwicklung von Plasmatechnologie z.B. bei der Nutzung von Plasmen in der Katalyse zur Erzeugung von CO₂-neutralen Treibstoffen.

Um die empirische Beschreibung durch physikalische Modelle zu ersetzten, entwerfen wir unsere Plasmaquellen und unsere Experimente gezielt im Hinblick auf diese Fragestellung. Für die Analyse verwenden wir sowohl Plasma- als auch Oberflächendiagnostik. Dabei legen wir großen Wert darauf, unsere komplexen Experimente mit einfachen Modellrechnungen zu unterlegen und vergleichbar für Simulationen zu machen.

Aktuelle Forschungsthemen sind Ladungseffekte von dielektrisch behinderten Oberflächenentladungen, die Interaktion von Plasmen und Oberflächen unter Einwirkung von Laserstrahlung und der Einsatz von Plasmen in der Biokatalyse und in medizinischen Anwendungen.