Gernot Güntherodt

Gernot Güntherodt (* 27. April 1943 in Themar, Thüringen) ist ein deutscher Physiker und emeritierter Professor für Experimentalphysik / Festkörperphysik an der RWTH Aachen in Aachen.

Gernot Güntherodt, Bruder von Hans-Joachim Güntherodt, Prof.em. der Universität Basel († 2014), erwarb 1968 ein Diplom in Physik an der ETH Zürich und wurde 1973 dort bei Peter Wachter und Georg Busch am Laboratorium für Festkörperphysik promoviert. Nach Postdoc-Aufenthalten am Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights/NY und am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart erhielt er 1977 eine permanente Mitarbeiterstelle am Max-Planck-Institut (MPI). 1979 folgte ein Ruf an die Universität zu Köln. Von 1987 bis zu seiner Emeritierung im Jahr 2011 leitete er als Professor und Direktor das II. Physikalische Institut, Lehrstuhl A, an der RWTH Aachen. Anschließend übte er von 2014 bis 2016 am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle/Saale eine Beraterfunktion in der Gruppe von Stuart Parkin aus.

Von 2007 bis 2017 war Güntherodt Vorsitzender des Fachverbands Magnetismus und der Arbeitsgemeinschaft Magnetismus in der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Darüber hinaus war er als Gastprofessor in verschiedenen Institutionen aktiv: IBM Research Labs in Yorktown Heights/NY und in Almaden/CA, AT&T Bell Labs, Stanford University, University of California at San Diego, Katholieke Universiteit Leuven, Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle/Saale.

Güntherodt ist insbesondere für seine Forschung zu korrelierten Elektronensystemen, Nanomagnetismus und zur Spinelektronik weltweit bekannt. Seine Forschungsergebnisse sind in fast 500 Publikationen veröffentlicht. Er war Mitherausgeber mehrerer Fachzeitschriften der Physik. 2009 ernannte ihn die American Physical Society zum Fellow.

Die Forschungstätigkeit von Gernot Güntherodt begann 1967 an der ETH Zürich auf dem Gebiet der intrinsischen magnetischen Halbleiter auf Basis der Seltenen Erden: EuX (X = O, S, Se, Te). Er untersuchte die elektronischen, magnetischen und optischen Eigenschaften, die wegen möglicher magnetooptischer Anwendungen auch in Japan (Tohoku University, Sendai) und USA (IBM Research Center, Yorktown Heights) von großem Interesse waren. Ein interessantes Phänomen ergab sich in SmS, das einen Metall-Isolator-Übergang unter Druck bzw. Gitterdruck (Elementsubstitution) zeigte. Die Position der 4f-Elektronen nahe der Fermikante führte zu den sogenannten Valenzflutuationen (VF) energetisch benachbarter 4f-Konfigurationen 4fⁿ ↔ 4f^n-1e^-. Dieses Phänomen war auch Gegenstand seiner Forschung mittels optischer Spektroskopie am IBM Research Center in Yorktown Heights (1974–1975), das dann am MPI für Festkörperforschung in Stuttgart bei Manuel Cardona mittels Lichtstreuung fortgesetzt wurde (1975–1980). Hier gelang es experimentell und mittels Gitterdynamik Rechnungen das „soft mode“ Verhalten des „VF breathing modes“ nachzuweisen. In EuS konnte mittels Spin-Unordnungs-induzierter Raman-Streuung erstmalig die gewöhnlich unbeobachtbare antisymmetrische Komponente der Phononen Raman-Streuung erster Ordnung beobachtet und mittels einer Parameter-freien mikroskopischen Theorie beschrieben werden.

Der Ruf an die Universität zu Köln 1979 ermöglichte eine Erweiterung der experimentellen Ausstattung um ein Multipass Tandem Fabry-Pérot-Interferometer für Brillouin Lichtstreuung im GHz Bereich. Dies diente der Untersuchung von Spinwellen und des Oberflächenmagnetismus in ultradünnen ferromagnetischen Schichten, die mit MBE (Molecular Beam Epitaxy) hergestellt wurden. Somit konnten in magnetischen Multilagensystemen Austauch-Kopplungen und kollektive Moden untersucht werden. Mittels neu konzipierter Spinpolarisierter Photoemission wurde die spinaufgelöste Bandstruktur in halbmetallischen Ferromagneten und in itineranten Ferromagneten erforscht. In letzteren war die zentrale Fragestellung nach der Temperaturabhängigkeit der Austauschaufspaltung, die sich nicht starr verschiebt, sondern von der Gruppengeschwindigkeit der jeweiligen k-Vektoren an der Fermikante abhängt. Diese Arbeiten wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 125 (der Deutschen Forschungsgemeinschaft) „Physik Magnetischer Momente und Unordnungsphänomene in Metallen“ – Aachen/Jülich/Köln (1980–1988) in Zusammenarbeit mit Kollegen am Forschungszentrum Jülich durchgeführt.

Die Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleitung in 1986 war von besonderem Interesse und führte an der RWTH in 1987 zu einem Fakultäts-übergreifenden, interdisziplinären Verbundprojekt „Grundlagen der Technologie von Hochtemperatur-Supraleitern“ (1987–1995), gefördert vom Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT). Die Thematik wurde auf Basis der Grundlagenforschung in einem weiteren SFB 341 zu „Physik mesoskopischer Systeme und niedrigdimensionaler metallischer Systeme“ Köln/Aachen/Jülich (1988–2000) bearbeitet. Im Fokus stand das Strukturelement der Cu-O-Ebenen in Hochtemperatursupraleitern und ihren Wechselwirkungen sowie Quantenspinsysteme. Letztere motivierten die Forschung, indem das Sr-Ca-Cu-O Zwei-Leiter-Schichtsystem unter Druck Supraleitung zeigte.

Die Bedeutung der Nanostrukturierung für Bauelemente der Informationstechnik wurde vom BMFT erkannt, das ab 1998 das „Nationale Kompetenz Zentrum für Laterale Nanostrukturen“ förderte. In dem von der RWTH koordinierten Nanoclub Lateral (NCL) koordinierte Güntherodt den Bereich „Magnetoelektronik“, der sich mit dem magnetischen Speicher MRAM (Magnetic Random Access Memory) beschäftigte.

Die Kooperation mit Kollegen im benachbarten Belgien unter der Führung der Katholieke Universiteit Leuven zielte im Rahmen der „Cross-border collaborations / Interuniversity Attraction Poles: Belgian Universities & RWTH Aachen“ (1999–2006) auf „Quantum Size Effects in Nanostructured Materials“.

Seit dem Sabbatical bei Ivan Kohn Schuller an der University of California, San Diego in 1996 spielte für Güntherodt der „Exchange Bias“, ein nanomagnetischer Grenzflächeneffekt zwischen ferro- und antiferromagnetischen Schichten, eine wichtige Rolle. Dabei verursacht die für den Ferromagneten frustrierende antiferromagnetische Spinordnung ein „Pinning“ der ferromagnetischen Magnetisierung, die als Referenz in spinelektronischen Bauelementen dient. Im Rahmen des EU Research & Development Project „NEXBIAS RTN (Research Training Network)“ wurden von 2002 bis 2006 neue Exchange Bias Systeme für Anwendungen in magnetischen Bauelementen untersucht.

Im Rahmen der aktuellen nanoelektronischen Informationstechnologien wurde an der RWTH Aachen 2002 der interdisziplinäre, interfakultative „RWTH Nano-Club: Promotion of Science and Technology“ gegründet, als dessen Leiter von 2005 bis 2008 Güntherodt vorstand. Ziel war es, die nanotechnologischen Aspekte der verschiedenen Fakultäten an der RWTH zusammenzuführen, wie in der Elektrotechnik, Chemie, Medizin, Physik und den Materialwissenschaften. Der RWTH Nano-Club stellte die Vorstufe dar zur 2007 gegründeten Sektion FIT (Future Information Technology) der Jülich Aachen Research Alliance (JARA). JARA ist ein wichtiger Bestandteil des im Rahmen der Exzellenz-Initiative der Bundesregierung von der RWTH Aachen University erworbenen Labels „Exzellenz Universität“. Güntherodt war von 2007 bis 2011 in JARA FIT im Bereich Nichtflüchtige Speicher und Spinelektronik aktiv.

Die Erweiterung der experimentellen Ausstattung am II. Physikalischen Institut (A) der RWTH Aachen um ultraschnelle fsec Pump-Probe-Experimente ermöglichte in der III-V Halbleiter Spinelektronik mittels zeitaufgelöster Magnetooptik die Erforschung des kohärenten Spintransports. Diese Thematik war auch Gegenstand der Forschung im Rahmen der Forschergruppe 912 „Coherence and relaxation properties of electron spins“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (2009–2015), die Arbeitsgruppen in Aachen/Jülich/Dresden/Braunschweig/Konstanz und München umfasste. Hier erforschte u. a. die Güntherodt-Gruppe den Spintransport in Graphen, der trotz geringer Spin-Bahn-Kopplung nur einige 10 ns Spinlebensdauer erreichte.

• 1963: Stipendium Auszeichnung der Bayerischen Staatsregierung für beste Abitur-Absolventen; 1966–1968 Aktivierung für ETH Zürich, Schweiz
• 1974–1975 Postdoctoral Forschungsstipendium am IBM T. J. Watson Forschungszentrum in Yorktown Heights, N.Y., USA
• Editorial Work for European Journal of Physics, Solid State Communications and Z. Phys.B
• 1991–1992 Gast-Professor Stipendium der Volkswagen-Stiftung an der Stanford University, Stanford, USA
• 1994–2004 Host of the A. von Humboldt Research Award recipients at RWTH Aachen in 1994 C.M. Falco (U. Arizona, USA), 2002 I.K. Schuller (UCSD, USA) and 2004 S.S.P. Parkin (IBM Almaden Research Center, San Jose, USA)
• 2009 Fellow der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft
• 2015 Ehrenvorsitzender der Arbeitsgemeinschaft Magnetismus der Deutschen Physikalischen Gesellschaft

• Mit Roland Wiesendanger, Hans-Joachim Güntherodt, R.J. Gambino und R. Ruf: Observation of vacuum tunneling of spin-polarized electrons with the scanning tunneling microscope. In: Physical Review Letters. 65, 247 (1990); doi:10.1103/PhysRevLett.65.247
• Herausgabe, u. a., mit Manuel Cardona: Light Scattering in Solids, II–VIII, Springer, Berlin (1982–2000)