The diploma thesis deals with the experimental study of surface plasmon polaritons (SPPs) on nano-structures with the Au/Co/Au multilayer. Plasmonic structures were prepared by the electron beam lithography and by the focused ion beam. A Scanning optical near-field microscope was used for detection of surface plasmon polaritons. SPPs were confirmed by the experiment with different polarizations of the illuminating light. Furthermore, differences in plasmon interference wavelengths was measured for different surface dielectric functions. Finally, the decantation of the SPPs interference image was measured in dependence on the external magnetic field.

Metastable paramagnetic face-centered cubic (fcc) Fe thin films deposited on a Cu(100) single-crystal are good candidates for focused ion-beam magnetic patterning, due to their structural and magnetic phase transformation to ferromagnetic body-centered cubic (bcc) Fe upon ion-beam irradiation. However, pure fcc Fe films undergo spontaneous transformation when their thickness exceeds 10 ML. This limit can be extended to approximately 22 ML by deposition of Fe at increased CO background pressures. We show that much thicker films can be grown by alloying with Ni, that stabilizes the fcc phase. The amount of Ni necessary to stabilize non-magnetic, metastable fcc Fe films in dependence on the residual background pressure during the deposition is determined and a phase diagram revealing the metastable region is presented. It is also shown that the stabilizing effect of CO can be removed by artificial O saturation of the surface and thus the Ni-stabilized films can be grown also in systems with lower vacuum. Finally, we present fabrication of micro- and nanostructures in 44 ML thick films of Fe alloyed with Ni on Cu(100) by focused ion beam.

Les nano-applications utilisant des faisceaux d'ions focalisés nécessitent des sources d'ions à haute brillance avec une faible dispersion en énergie (ΔE) ce qui permet une excellente résolution latérale et un courant d'ions suffisamment élevé pour induire des vitesses d'érosion raisonnables et des rendements élevés d'émission électronique et ionique. Les objectifs de cette thèse sont le développement d'une source d'ions basée sur l'impact électronique ayant une brillance réduite Br de 10³ – 10⁴ A m⁻² sr ⁻ ¹ V⁻ ¹, une dispersion en énergie ΔE ≲ 1 eV et un choix polyvalent d'ions. Le premier concept évalué consiste à focaliser un faisceau d'électrons à une énergie de 1 keV entre deux électrodes parallèles distant de moins d'un millimètre. Le volume d'ionisation « micrométrique » est formé au-dessus d'une ouverture d'extraction de quelques dizaines de µm. En utilisant un émetteur d'électrons LaB₆ et une pression de 0.1 mbar dans la région d'ionisation, Br est proche de 2.10² A m⁻² sr ⁻ ¹ V ⁻ ¹ avec des tailles de source de quelques µm, des courants de quelques nA pour Ar⁺/Xe⁺/O₂ ⁺ et une dispersion en énergie ΔE < 0.5 eV. La brillance réduite Br est encore en dessous de la valeur minimum de notre objectif et la pression de fonctionnement très faible nécessaire pour l'émetteur LaB₆ ne peut être obtenue avec une colonne d'électrons compacte, donc ce prototype n'a pas été construit.Le deuxième concept de source d'ions évalué est basé sur l’idée d’obtenir un faisceau ionique à fort courant avec une taille de source et un demi-angle d’ouverture similaire aux résultats du premier concept de source, mais en changeant l’interaction électron-gaz et la collection des ions. Des études théoriques et expérimentales sont utilisées pour l’évaluation de la performance de ce deuxième concept et de son utilité pour les nano-applications basées sur des faisceaux d'ions focalisés. / High brightness low energy spread (ΔE) ion sources are needed for focused ion beam nano-applications in order to get a high lateral resolution while having sufficiently high ion beam currents to obtain reasonable erosion rates and large secondary electron/ion yields. The objectives of this thesis are: the design of an electron impact ion source, a reduced brightness Br of 10³ – 10⁴ A m⁻² sr⁻ ¹ V⁻ ¹ with an energy distribution spread ΔE ≲ 1 eV and a versatile ion species choice. In a first evaluated concept an electron beam is focussed in between two parallel plates spaced by ≲1 mm. A micron sized ionisation volume is created above an extraction aperture of a few tens of µm. By using a LaB₆ electron emitter and the ionisation region with a pressure around 0.1 mbar, Br is close to 2.10² A m⁻² sr ⁻ ¹ V ⁻ ¹ with source sizes of a few µm, ionic currents of a few nA for Ar⁺/Xe⁺/O₂ ⁺ and the energy spread being ΔE < 0.5 eV. The determined Br value is still below the minimum targeted value and furthermore the main difficulty is that the needed operation pressure for the LaB₆ emitter cannot be achieved across the compact electron column and therefore a prototype has not been constructed. The second evaluated source concept is based on the idea to obtain a high current ion beam having a source size and half-opening beam angle similar to the first concept, but changing the electron gas interaction and the ion collection. Theoretical and experimental studies are used to evaluate the performance of this second source concept and its usefulness for focused ion beam nano-applications.

Die Nanotechnologie spielt eine Schlüsselrolle bei der technologischen Entwicklung. Jedoch stellen Nanopartikel ein potentielles Gesundheitsrisiko dar. Durch ihre große Oberfläche zeigen Nanopartikel eine hohe Reaktivität und die geringe Größe trägt zu einer erhöhten Beweglichkeit und Bioverfügbarkeit bei. Beispielsweise können Nanopartikel Entzündungen auslösen oder die Produktion von freien Radikalen fördern. Insbesondere Lungenepithelzellen stellen die wichtigste Barriere zur Aufnahme von industriell relevanten Nanopartikeln im Alltag dar, denn durch ihre geringe Größe können Nanopartikel bis in einzelne Alveolen vordringen und in die Blutbahn gelangen. Aus diesen Gründen ist es notwendig das Risikopotential, was von Nanopartikeln ausgeht zu bewerten. In dieser Dissertation wurden die Metalloxid-Nanopartikel Al2O3, TiO2, Fe2O3, ZnO und CeO2 in einzelnen Lungenzellen erstmals mit Hilfe der Ionenstrahlmikroskopie quantifiziert. Darüber hinaus erfolgte die Quantifizierung von ausgewählten Metalloxid-Nanopartikeln in gedehnten primären Typ 2 Pneumozyten sowie in den Alveolen des Lungengewebes. Außerdem wurden Gold und Silber als Markierungspartikel eingesetzt, um die Aufnahme der organischen Nanopartikel Graphen zu untersuchen. Die Ionenstrahlmikroskopie ist eine hochempfindliche Methode, welche durch die charakteristische Röntgenstrahlung den zellulären Elementgehalt innerhalb einer Zelle visualisieren kann. Dies ist, je nach Element, bis zu einer unteren Konzentrationsgrenze von 5 – 20 ppm möglich. Die Ionenstrahlmikroskopie erlaubt, im Vergleich zur Elektronenstrahlmikroanalyse, biologische Proben bis zu einer Tiefe von ca. 80 µm zu untersuchen. Durch das zelluläre Rückstreusignal konnte bei Kulturzellen entschieden werden, ob die Nanopartikel internalisiert wurden oder auf der Zelloberfläche assoziiert sind. Da biologische Proben eine relativ geringe Dichte und Dicke aufweisen, ist die Signalausbeute und damit die Messzeit ein limitierender Faktor bei der ionenstrahlanalytischen Quantifizierung des Elementgehalts. Durch das Aufziehen der Probe auf einen Aluminiumrahmen, konnte der Abstand zwischen Röntgendetektor und Probe reduziert werden, was zu einer höheren Signalausbeute führte und damit eine schnellere Analyse der Präparate ermöglichte. Die Art und Weise der Probenpräparation kann einen Einfluss auf den zellulären Elementgehalt haben, indem Ionen aus dem Medium an die Zellaußenseite binden oder durch die Waschlösung ein Verlust von intrazellulär lokalisierten organischen und anorganischen Molekülen entsteht. Durch den Vergleich zwischen einer ionenfreien Polyethylenglycol-Lösung mit dem üblicherweise verwendeten Waschpuffer konnte gezeigt werden, dass sich bei der Verwendung des Waschpuffers der zelluläre Elementgehalt von Kalium, Kalzium und insbesondere Chlor erhöht. Allerdings bleiben Phosphor und Schwefel als wichtige zelluläre Strukturelemente und die biologisch relevanten Spurenelemente Eisen und Zink davon unbeeinflusst. Die ionenstrahlmikroskopische Analyse von Lungengewebe erfordert eine Einbettung der Präparate. Dabei erwies sich DePeX, was als Material routinemäßig zur Einbettung verwendet wird, als ungeeignet, da eine inhomogene Zink-Kontamination vorhanden war, welche eine intrazelluläre Zink-Messung verhinderte. Durch die Entwicklung eines neuen zinkfreien Einbettmaterials auf Limonen-Basis, konnte jetzt auch die Zinkkonzentration in Alveolen gemessen werden. Im biologischen Millieu können Proteine und Ionen auf der Oberfläche der Nanopartikel adsorbieren und dadurch deren Aufnahme in die Zelle beeinflussen. Deshalb wurde die zelluläre Aufnahme in Abhängigkeit der Proteinhülle (Korona) bei in vitro Bedingungen untersucht. Tragen die Partikel eine Korona, ist bei allen untersuchten Metalloxid-Nanopartikeln eine geringere zelluläre Konzentration zu beobachten und gleichzeitig sind weniger Nanopartikel auf der Zelloberfläche adsorbiert. Die Aufnahme von CeO2 und ZnO wurde näher untersucht, da ZnO als einziger untersuchter Nanopartikel einen deutlichen toxischen Effekt hervorruft und CeO2 durch die hohe Ausbeute des Rückstreusignals und die starke zelluläre Aufnahme zum näheren Studium der Aufnahme besonders geeignet ist. Es wurde beobachtet, dass CeO2 und ZnO im extrazellulären Raum mit Phosphat und Kalzium aus dem Kulturmedium kolokalisiert sind. Da Kalziumphosphat als Transfektionsagenz bekannt ist, kann diese Modifikation der Partikeloberfläche die Aufnahme der Partikel begünstigen. Im Vergleich zu CeO2, ist bei ZnO auf Grund der erhöhten Toxizität keine Sättigung der zellulären Konzentration zu erkennen. Daneben lässt die die Halbierung der zellulären CeO2-Konzentration nach 72 Stunden Applikationszeit darauf schließen, dass die Zellen in der Lage sind die Nanopartikel durch Exozytose wieder abzugeben. Mit Hilfe von Inhibitoren wurde der Aufnahmemechanismus von CeO2-NP untersucht. Dabei zeigte sich, dass CeO2 Nanopartikel durch Caveolae- bzw. Clathrin-vermittelte Endozytose und Makropinozytose aufgenommen werden. Die Internalisierung von CeO2 und ZnO Nanopartikeln wurde mit Hilfe des zellulären Protonen-Rückstreusignals untersucht. Internalisierte Nanopartikel liefern im Vergleich zu extrazellulär assoziierten Nanopartikeln ein Rückstreusignal bei niedrigeren Energien, da die zurückgestreuten Protonen durch die Passage des Zellmaterials zusätzlich Energie verlieren. Bei diesen Untersuchungen wurde festgestellt dass, ZnO und CeO2-Nanopartikel ohne Proteinhülle häufiger an der Zelloberfläche lokalisiert sind und zu einer höheren zellulären Konzentration führen. Sowohl im Lungengewebe als auch bei gedehnten primären Typ 2 Pneumozyten und kultivierten Lungenepithelzellen zeigte sich eine sehr inhomogene zelluläre Konzentrationsverteilung der Nanopartikel. Hier liegt die Stärke der Ionenstrahlmikroskopie darin, die Konzentration in einzelnen Zellen bzw. Alveolen erfassen zu können. Dadurch erlaubt es diese Methode, das Risiko abzuschätzen, was durch die Extrembelastung in einzelnen Zellen entstehen könnte. Da Lungengewebe aus Typ I und Typ II Pneumozyten besteht und Makrophagen in das Gewebe einwandern können, ist es in zukünftigen Experimenten notwendig die einzelnen Zelltypen zu markieren, um die Nanopartikel-Aufnahme im Lungengewebe mit den Ergebnissen der Zellkultur besser vergleichen zu können. Durch eine Markierung mit Gold-konjugierten Antikörpern, kann erreicht werden, die einzelnen Zelltypen mittels Ionenstrahlmikroskopie zu identifizieren. Durch verschiedene Applikationsformen bei in vitro und in vivo Untersuchungen ist die Wirkung der Nanopartikel nur schwer vergleichbar. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit das Konzept der effektiv wirksamen zellulären Dosis eingeführt. Dieses erlaubt es, der Dosis, welche tatsächlich zellulär oder im Gewebe vorhanden ist, einen toxischen Effekt der Nanopartikel zuzuordnen. Dadurch kann die effektive Dosis als wichtige Größe zum systematischen Vergleich von toxikologischen Studien auf in vitro und in vivo Basis eingesetzt werden. Die Ionenstrahlmikroskopie ist zur Zeit die einzige Methode, welche für die intrazelluläre Quantifizierung von unmarkierten Nanopartikeln auf Einzelzellebene in Frage kommt. Deshalb ist sie als zukünftige Referenzmethode für die Dosimetrie von Nanopartikeln sehr gut geeignet.

The aim of this thesis is a systematic study of physical properties of magnetic multilayered nanostructures. Namely it include multilayered spin valves NiFe/Cu/Co with magnetic anisotropy iduced by magnetic field applied during the deposition. Induced magnetic anisotropy influences exchange interactions between magnetic layers and so it gives the possibility to control magnetic properties of nanolayers. This is important for applications in MRAM, magnetoresistive read heads and spin-transfer-torque devices. Magnetooptic spectroscopy and Kerr effect hysteresis loop measurement were used as effective probe techniques. Secondly we examinated Ar3+ rf sputtering influence on multilayer interface quality level. We found out, that Ar3+ irradiation during deposition process has a possitive effect on interface quality.

In this thesis, a custom quadrupole mass filter setup was established to independently investigate the impact of the most prominent ion species that are present during ion-assisted deposition. The setup was applied to the low temperature epitaxial growth of GaN thin films on 6H-SiC substrates. Atomic nitrogen ions at higher ion kinetic energies were for the first time independently identified to be the predominant cause of deteriorating crystalline qualities during growth. Precise control of the ion beam parameters yielded the capability to vary the average GaN phase content from almost purely wurtzite to the meta-stable zinc blende GaN phase. Even in case of comparably high crystalline quality, the atomic and molecular nitrogen ions were independently determined to yield distinct thin film topographies throughout the entire observed evolution of the thin film formation.:Bibliographical Description 1 Introduction 1.1 Epitaxial Thin Film Growth 1.2 Ion-Beam Assisted Deposition 1.2.1 Influence of Energetic Particles 1.2.2 Ion-atom Arrival Ratio 1.3 Gallium Nitride 2 Methods 2.1 Setup of the Deposition System 2.1.1 Knudsen Effusion Cell 2.1.2 Reflection High-Energy Electron Diffraction 2.1.3 Auger Electron Spectroscopy 2.1.4 Ion Sources 2.2 Quadrupole Mass Filter System 2.2.1 Components 2.2.2 Working Principle of a Quadrupole Mass Filter 2.2.3 Alternative Mass Filters 2.3 X-ray Diffraction and Reflectivity 2.4 Atomic Force Microscopy 2.5 Transmission Electron Microscopy 3 Results and Discussions 3.1 Characterization of the Quadrupole Mass Filter System 3.1.1 Mass Filter Performance and Resolution 3.1.2 Ion Beam Characteristics 3.1.3 Space Charge Considerations 3.1.4 Conclusions 3.2 Influence of the I/A Ratio and Ion Kinetic Energy 3.2.1 Determination of the GaN Phase Composition 3.2.2 Film Topography and Growth Mode 3.2.3 Crystal Structure and Orientation 3.2.4 Microstructure at the Interface 3.2.5 Conclusions 3.3 Impact of the Ion Species on Growth Instabilities 3.3.1 Growth Rates and Thin Film Topography 3.3.2 Crystal Structure 3.3.3 Growth Mode and RHEED pattern evolution 3.3.4 Conclusions 4 Summary and Conclusions Bibliography Complete Publication List of the Author Acknowledgments Declaration of Authorship / In dieser Arbeit wurde ein maßgefertigter Quadrupol-Massenfilteraufbau etabliert, um die Auswirkungen der prominentesten Ionenspezies, die während der ionengestützten Abscheidung vorhanden sind, unabhängig voneinander zu untersuchen. Der Aufbau wurde für das epitaktische Niedertemperatur-Wachstum von GaN-Dünnschichten auf 6H-SiC-Substraten angewendet. Atomare Stickstoffionen bei höheren kinetischen Ionenenergien wurden zum ersten Mal in der Abwesenheit anderer Spezies als die dominierende Ursache für die Verschlechterung der kristallinen Qualität während des Wachstums identifiziert. Eine präzise Kontrolle der Ionenstrahlparameter ergab die Fähigkeit, den durchschnittlichen GaN-Phasengehalt von der fast reinen Wurtzit- bis zur metastabilen Zinkblende-GaN-Phase zu variieren. Selbst bei vergleichbar hoher kristalliner Qualität weisen die mit atomaren und molekularen Stickstoffionen hergestellten Schichten unabhängig voneinander verschiedene Topographien auf, die sich während der gesamten beobachteten Entwicklung der Dünnschichtbildung deutlich abzeichneten.:Bibliographical Description 1 Introduction 1.1 Epitaxial Thin Film Growth 1.2 Ion-Beam Assisted Deposition 1.2.1 Influence of Energetic Particles 1.2.2 Ion-atom Arrival Ratio 1.3 Gallium Nitride 2 Methods 2.1 Setup of the Deposition System 2.1.1 Knudsen Effusion Cell 2.1.2 Reflection High-Energy Electron Diffraction 2.1.3 Auger Electron Spectroscopy 2.1.4 Ion Sources 2.2 Quadrupole Mass Filter System 2.2.1 Components 2.2.2 Working Principle of a Quadrupole Mass Filter 2.2.3 Alternative Mass Filters 2.3 X-ray Diffraction and Reflectivity 2.4 Atomic Force Microscopy 2.5 Transmission Electron Microscopy 3 Results and Discussions 3.1 Characterization of the Quadrupole Mass Filter System 3.1.1 Mass Filter Performance and Resolution 3.1.2 Ion Beam Characteristics 3.1.3 Space Charge Considerations 3.1.4 Conclusions 3.2 Influence of the I/A Ratio and Ion Kinetic Energy 3.2.1 Determination of the GaN Phase Composition 3.2.2 Film Topography and Growth Mode 3.2.3 Crystal Structure and Orientation 3.2.4 Microstructure at the Interface 3.2.5 Conclusions 3.3 Impact of the Ion Species on Growth Instabilities 3.3.1 Growth Rates and Thin Film Topography 3.3.2 Crystal Structure 3.3.3 Growth Mode and RHEED pattern evolution 3.3.4 Conclusions 4 Summary and Conclusions Bibliography Complete Publication List of the Author Acknowledgments Declaration of Authorship

This thesis addresses the metal nanocluster growth process on prepatterned substrates, the development of atomistic simulation method with respect to an acceleration of the atomistic transition states, and the continuum model of the ion-beam inducing semiconductor surface pattern formation mechanism. Experimentally, highly ordered Ag nanocluster structures have been grown on pre-patterned amorphous SiO^2 surfaces by oblique angle physical vapor deposition at room temperature. Despite the small undulation of the rippled surface, the stripe-like Ag nanoclusters are very pronounced, reproducible and well-separated. The first topic is the investigation of this growth process with a continuum theoretical approach to the surface gas condensation as well as an atomistic cluster growth model. The atomistic simulation model is a lattice-based kinetic Monte-Carlo (KMC) method using a combination of a simplified inter-atomic potential and experimental transition barriers taken from the literature. An effective transition event classification method is introduced which allows a boost factor of several thousand compared to a traditional KMC approach, thus allowing experimental time scales to be modeled. The simulation predicts a low sticking probability for the arriving atoms, millisecond order lifetimes for single Ag monomers and ≈1 nm square surface migration ranges of Ag monomers. The simulations give excellent reproduction of the experimentally observed nanocluster growth patterns. The second topic specifies the acceleration scheme utilized in the metallic cluster growth model. Concerning the atomistic movements, a classical harmonic transition state theory is considered and applied in discrete lattice cells with hierarchical transition levels. The model results in an effective reduction of KMC simulation steps by utilizing a classification scheme of transition levels for thermally activated atomistic diffusion processes. Thermally activated atomistic movements are considered as local transition events constrained in potential energy wells over certain local time periods. These processes are represented by Markov chains of multi-dimensional Boolean valued functions in three dimensional lattice space. The events inhibited by the barriers under a certain level are regarded as thermal fluctuations of the canonical ensemble and accepted freely. Consequently, the fluctuating system evolution process is implemented as a Markov chain of equivalence class objects. It is shown that the process can be characterized by the acceptance of metastable local transitions. The method is applied to a problem of Au and Ag cluster growth on a rippled surface. The simulation predicts the existence of a morphology dependent transition time limit from a local metastable to stable state for subsequent cluster growth by accretion. The third topic is the formation of ripple structures on ion bombarded semiconductor surfaces treated in the first topic as the prepatterned substrate of the metallic deposition. This intriguing phenomenon has been known since the 1960\'s and various theoretical approaches have been explored. These previous models are discussed and a new non-linear model is formulated, based on the local atomic flow and associated density change in the near surface region. Within this framework ripple structures are shown to form without the necessity to invoke surface diffusion or large sputtering as important mechanisms. The model can also be extended to the case where sputtering is important and it is shown that in this case, certain \\lq magic\' angles can occur at which the ripple patterns are most clearly defined. The results including some analytic solutions of the nonlinear equation of motions are in very good agreement with experimental observation.

In 2012 the HZDR, and in consequence also the Institute of Ion Beam Physics and Materials Research (IIM) including its Ion Beam Center (IBC), has undergone a scientific evaluation. The evaluation committee composed of the Scientific Advisory Board and numerous external experts in our field of research concluded that “the overall quality of the scientific work is excellent”, that “there are an impressive number of young scientists working enthusiastically on a variety of high-level projects” and that “the choice of these projects represents a clear underlying strategy and vision”. We feel honored and are proud that the external view on our scientific achievements is that extraordinary. In view of this outstanding result we would like to express our gratitude to all our staff members for their commitment and efforts! In the past year, we continued our integration into the Helmholtz Association of German Research Centers (HGF) with our Institute mostly active in the research area “Matter”, but also involved in a number of activities in the research area “Energy”. In this respect, many consultations were held with the Helmholtz centers contributing to common research areas to precisely define the role we will play in the newly established HGF program “From Matter to Materials and Life” (see schematic below). Our IBC has been recognized as a large-scale user facility for ion beam analysis and modification of materials, i.e., specializing on materials science. In particular, the IBC plays a prominent role in the recently approved Helmholtz Energy Materials Characterization Platform (HEMCP), which mainly concentrates on the development of dedicated analytical tools for the characterization of materials required for future energy technologies. The successes achieved by the IBC allows us to invest 7200 k€ to further improve and strengthen the ion beam capabilities at the Institute. In addition to this infrastructure-related grant, we were also successful in our funding application for the establishment of the International Helmholtz Research School for Nanoelectronic Networks (IHRS NANONET), aiming at promoting the next generation of leading scientists in the field of nanoelectronics. The IHRS NANONET is coordinated by our Institute and offers a well-structured PhD program to outstanding students of all nationalities with emphasis on interdisciplinary research and comprehensive training in technical and professional skills.

The year 2013 was the third year of HZDR as a member of the Helmholtz Association (HGF), and we have made progress of integrating ourselves into this research environment of national Research centers. In particular, we were preparing for the evaluation in the framework of the so-called program oriented funding (POF), which will hopefully provide us with a stable funding for the next five years (2015 – 2019). In particular, last fall we have submitted a large proposal in collaboration with several other research centers. The actual evaluation will take place this spring. Most of our activities are assigned to the program “From Matter to Materials and Life” (within the research area “Matter”). A large fraction of this program is related to the operation of large-scale research infrastructures (or user facilities), one of which is our Ion Beam Center (IBC). The second large part of our research is labelled “in-house research”, reflecting the work driven through our researchers without external users, but still mostly utilizing our large-scale facilities such as the IBC, and, to a lesser extent, the free-electron laser. Our in-house research is performed in three so-called research themes, as depicted in the schematic below. What is missing there for simplicity is a small part of our activities in the program “Nuclear Waste Management and Safety” (within the research area “Energy”).

This past year 2014 was the year when we finally completely arrived as a “full member” in the Helmholtz Association. This is related to the successfully passed research evaluation in the framework of the Program Oriented Funding (POF), which will give us a stable and predictable funding for the next five years (2015 – 2019). This is particularly true for our large-scale user facilities, like the Ion Beam Center (IBC) and the electron accelerator ELBE with the free-electron laser. Most of our activities are assigned to the program “From Matter to Materials and Life” within the research area “Matter”, in cooperation with several other German Helmholtz Centers. Our in-house research is performed in three so-called research themes, as depicted in the schematic below. What is missing there for simplicity is a small part of our activities in the program “Nuclear Waste Management and Safety” within the research area “Energy”. Our research and facilities were well appreciated by the evaluation committee, who made the following judgement about the Ion Beam Center: “The Ion Beam Centre (IBC) of HZDR is an internationally leading ion-beam facility (with ion energies ranging from several eV to several tens of MeV). At both the national and international level it is one of the key players and is unique in its kind. The synergy between forefront research and user service has been leading to a very good publication output for both in-house research and user research. … The very broad range of beam energies, the versatility of techniques and applications – both for ion beam modification of materials and for ion-beam analysis – makes the IBC unique in its kind. … The strength of IBC is that its activities are based on a combination of forefront research and user service, which mutually interact in synergy and strengthen one another. In turn, this synergy has been leading to a very good publication output for both in-house research and user research.” In order to make our Annual Report a bit more compact, we have decided to include only four full journal papers this year. This was also triggered by the fact that our publication activities have turned out be become more diverse, in more diverse journals than in the past, and often through longer papers, which would be too long to reprint them here. However, apart from the constantly quantitatively high publication output, we succeeded to publish in excellent journals such as Nature Physics, Nano Letters and Physical Review Letters, in fields as diverse as ion beam physics, magnetism and terahertz spectroscopy. Two of our scientists, Dr. Artur Erbe and Dr. Alexej Pashkin obtained their Habilitation in 2014, both at University of Konstanz. For the first time, we are hosting an Emmy Noether Young Investigator Group funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); the group works on the hot topic of magnonics and is headed by Dr. Helmut Schultheiß. Finally we would like to cordially thank all partners, friends, and organizations who supported our progress in 2014. Special thanks are due to the Executive Board of the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, the Minister of Science and Arts of the Free State of Saxony, and the Minister of Education and Research of the Federal Government of Germany. Numerous partners from universities, industry and research institutes all around the world contributed essentially, and play a crucial role for the further development of the institute. Last but not least, the directors would like to thank again all IIM staff for their efforts and excellent contributions in 2014.