Spin and Photophysics of Defects in Solids

Barrierefreiheit: Kurzbeschreibung des BildesNV center and its excitation schemeColor centers in semiconductors or insulators show a rich photophysics. Possessing a total electron spin they may be utilized to store quantum information and thus pave the way for the development of solid state quantum computing. The nitrogen-vacancy center (NV) in diamond as well as the divacancy and the silicon vacancy in silicon carbide (SiC) have emerged as promising candidates for implementing solid state quantum bits. Furthermore such defects have important applications as sensors of magnetic and electric fields or temperatur.Optical excitation of the high-spin ground state and subsequent spin-selective recombination via unknown intermediate low-spin states enables spin-initialization mediated by intersystem crossings. Together with spin-dependent luminescence this provides all-optical control of the defect spins. The host material and the defect parameters like the fluorecensce wavelength, lifetimes of the optical transitions and non-radiative recombination, as well as spin relaxation times make the defects suitable for different applications.

Barrierefreiheit: Kurzbeschreibung des BildesVacancy-antisite complex in 4H-SiC and its excitation schemeAlthough the photo physics of a vast variety of systems, including defects, was successfully addressed in the framework of many bodyperturbation theory (GW and BSE) and time dependent density functional theory, these approaches do not provide direct access to the important low-spin excited states. As an approach towards the spin physics of defects the solid state group has developed an ab initio CI-hamiltonian employing a restricted basis and an effective screened coulomb interaction. On this basis the solid state group explores the photo and spin physics of candidate defect centers in diamond and silicon carbide or other materials.

  • M. Bockstedte, F. Schutz, Th. Garratt, V. Ivady, A. Gali, Ab initio description of highly correlated states in defects for realizing quantum bits, Nature Partner Journal Quantum Materials, 3, 31 (2018).
  • K. Szasz, V. Ivady, I. I. Abrikosov, E. Janzéen, M. Bockstedte and A. Gali, Spin and photophysics of carbon-antisite vacancy defect in 4H silicon carbide: A potential quantum bit, Phys. Rev. B 91, 121201(R) (2015).

Adsorbates at Surfaces

Barrierefreiheit: Kurzbeschreibung des Bildes Adsorption of functional molecules on nanostructured   metal oxide surfaces, thin films grown on a metal   substrate, or nanocrystalline assemblies are pivotal for   accessing novel functional materials for a wide range of 

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 applications, including   photovoltaic, sensing, or 


 Porphyrins as a flexible   class  of molecules enable vast possibilities of tailoring their functional properties towards specific applications. The solid state physics group collaborates with the materials science group and partners at the Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in the funCOS research unit.

“Molecular landscaping”, the vision of funCOS, includes site-selective adsorption and formation of molecular assemblies via linker groups, tuning of the adsorbate-adsorbate interaction and alteration of the electronic and chemical properties via functional/linker groups or the metal center. These topics directly depend on the metal oxide substrate as key elements of structure formation via the adsorbate-

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oxide interaction, in particular, at low-coordinated sites or nanostructures. Challenges for a theoretical modeling lie in the development of atomic-scale models in collaboration with experiment and their rationalization in terms of a structure-property relationship. The solid state physics group focuses on metalation of free-base porphyrins at metal oxide surfaces and nano particles, porperties of porphyrin films, their electronic structure, and photophysics.

  • Classen, R. Pöschel, G. Di Filippo, T. Fauster, O. B. Malcioğlu and M. Bockstedte, Electronic Structure of Tetraphenylporphyrin layers on Ag(100), Phys. Rev. B 95, 115414 (2017).
  • D. Thomele, G. R. Bourret, J. Bernardi, M. Bockstedte and O. Diwald, Hydroxylation Induced Alignment of Metal Oxide Nanocubes, Angew. Chem. Int. Ed. 56, 1407 (2017).
  • M. D. Weber, J. E. Wittmann, A. Burger, O. B. Malcioğglu, J. Segarra-Marti, A. Hirsch, P. B. Coto, M. Bockstedte and R. D. Costa, From white to Red: Electric-Field Dependent Chromaticity of Light-Emitting Electrochemical Cells based on Archetypal Porphyrins, Adv. Funct. Mater. 26, 6737 (2016).

Reactions at Surfaces

The surface of condensed matter is capable to alter the properties of adsorbates such that the mutualreaction among the adsorbed species occurs at rates that are unavailable in other environments likethe gas-phase. Yet, as a catalyst, the surface is not only the host - for supplying favorable conditionsfor reactions - it also plays an active role by e.g. providing electrons. Indeed, surface structures on the nanoscale scale, such as metal clusters or oxygen vacancies on metal oxides, are sources of reactive electrons. Also photo-excited electrons can efficiently attach to adsorbates on metal or insulator surfaces and induce their dissociation.

Polar solvents represent a unique class of catalysts because of their ability toBarrierefreiheit: Kurzbeschreibung des Bildes solvate charged carriers and excess electrons. This ability allows for the localization and subsequent solvation of electrons also at the surface of solvent fi lms or ices. The electron solvation occurs as a dynamical response of the solvent to the charge. As compared to catalysts like metal oxides, where the reactive electron often stems from pre-defined sites, the evolution of the solvated state adds another degree of complexity to electron-induced processes. The interplay between solvated electrons and adsorbates contains fascinating physical mechanisms, yet an atomic scale understanding is missing.

In a highly complementary approach employing theoretical modeling , high-resolution scaning tunneling spectroscopy (STM), and two photon-photoemission spectroscopy (2PPE), the solid state physics group joined forces with the groups of Prof. Dr. Karina Morgenstern (Ruhr-Universität Bochum) and Prof. Dr. Uwe Bovensiepen (Universität Duisburg-Essen) to investigate the mechanisms at work in the dissociative electron attachment of halogenated bencenes with varying electron affinity C6H5X, X=F,Cl,Br.


  • Ph. Auburger, I. Kemeny, C. Bertram, M. Ligges, M. Bockstedte, U. Bovensiepen, K. Morgenstern, Microscopic insight into electron-induced dissociation of aromatic molecules on ice, Physical Review Letters in print.
  • M. Bockstedte, A. Michl, M. Kolband, M. Mehlhorn and K. Morgenstern, Incomplete Bilayer Termination of the Ice (0001) Surface, J. Phys. C 120, 1097 (2016).
  • News
    Im neuen Jahr möchten wir die Gelegenheit nutzen, an den Call for Lectures zu erinnern, welcher noch bis 29.02. geöffnet ist. Bewerben Sie sich als Lektorin bei der ditact_women‘s IT summer studies, welche von 24.08.- 05.09.2020 an der Universität Salzburg stattfindet. Es ist uns ein großes Anliegen auch Nachwuchslektorinnen zu fördern.
    Am 21. Jänner 2020 besucht der Botschafter der Republik Armenien in Österreich, SE DR. Armen Papikyan, Salzburg. Anschließend an offizielle Gespräche mit dem Salzburger Bürgermeister und der Landesregierung, lädt die Abt. für Armenische Studien am ZECO Zentrum zur Erforschung des Christlichen Ostens SE Dr. Papikyan zu einem Vortrag in englischer Sprache ein.
    Buchpräsentation mit innovativem GASTVORTRAG
    Donnerstag, 23. Jänner 2020, 19:30 Literaturarchiv Salzburg, Veranstaltungssaal (HS 2.04), Kapitelgasse 5–7, 2. Stock, 5020 Salzburg
    Der nächste Abgabetermin naht und die Arbeit ist noch immer nicht fertig? Die Universitätsbibliothek Salzburg öffnet wieder die Hauptbibliothek bis 01.00 Uhr und bietet ein attraktives Programm für alle, die ihre Arbeiten beenden wollen.
    SYMPOSION: DO 13-18h, FR 11-17.30h im Unipark Nonntal / Tanzstudio (Raum 2.105, 2. Stock, Erzabt-Klotz Str. 1) // KEYNOTE-SPRECHERINNEN: Milena Dragićević-Šešić (Belgrad) und Arianna Beatrice Fabbricatore (Paris-Sorbonne) // VORTRAGENDE: Alexandra Baybutt, Olivier Delers, Martina Fladerer, Gustavo Fijalkow, Inge Gappmaier, Massimo De Giusti, Nicole Haitzinger // https://w-k.sbg.ac.at/figurationen-des-uebergangs
    Das Uniorchester der Universität Salzburg lädt am 26. Jänner um 19:00 Uhr zum Winterkonzert in die Große Aula der Universität ein.
    Mit Prof. Dr. Marek Węcowski (Universität Warschau) - Montag, 27. Jänner 2020 um 18:30 Uhr s.t. - Residenzplatz 1/4, SR. 1.42
    Einladung zum völlig neuartigen Skitouren-Event des Fachbereiches Sport und Bewegungswissenschaft. Wann: 29.1.2020 um 18 Uhr. Wo: Karkogel-Hütte, Abtenau. Anmeldungen: www.Time2Win.at
    "Puppet Theatre: In the Beginning were Puppets | Figurentheater: Am Anfang waren Puppen" ist eine von Univ.-Prof. Dr. Sabine Coelsch-Foisner organisierte internationale, interdisziplinäre Tagung, die von 30.-31. Jänner 2020, in Kooperation mit dem Salzburger Marionettentheater und der Stiftung Mozarteum, an der Universität Salzburg stattfindet.
    THEMENFELD MUSIK: 18.00h "INT(R)O THE GROOVE (Disco Dance Mix)" Soundlecture von Didi Neidhart (Autor, Musiker, DJ, Salzburg) // 19.15h "RÄUME ALS RESONANZKÖRPER". Lecture von Marco Döttlinger (Komponist, INM Institut Neue Musik, Universität Mozarteum). Uraufführung von CORPUS IV mit Marco Sala und Marco Döttlinger // Atelier, KunstQuartier, Bergstr. 12a // w-k.sbg.ac.at/figurationen-des-uebergangs
    Der Tag der offenen Tür findet am 11. März ab 9.00 Uhr an der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Salzburg statt. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen!
  • Veranstaltungen
  • 21.01.20 Buchpräsentation: Erfinder-Erforscher-Erneuerer, Impuls-Idee_Innovation
    21.01.20 Römischer Goldbergbau im „Karth“, einer Landschaft südöstlich von Neunkirchen, NÖ
    22.01.20 "Go International" - Praktikum im Ausland
    22.01.20 Veranstaltungsreihe "Sozialpädagogische Blicke" 2019/20
    23.01.20 Post-Utopie und Europa in den szenischen Künsten
    23.01.20 Salzburger Museen und Sammlungen Geschichte vor Ort. Geschichte und Museum niederschwellig. Gedanken zur Barrierefreiheit in all ihren Dimensionen
    23.01.20 10. Nachtschicht@UBS - Zurück zum Schreibtisch
    24.01.20 Post-Utopie und Europa in den szenischen Künsten
    27.01.20 Early Greek poetry, social mobility and Solon’s reforms
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