Intelligente elektro-optische Sensorik

Das internationale Joint Lab basiert auf einer langjährigen Partnerschaft zwischen den beiden Einrichtungen IHP und der Fakultät für Naturwissenschaften der italienischen Universität Roma Tre. Es konzentriert sich auf gemeinsame Forschungs- und Bildungsaktivitäten im Bereich der Halbleitermaterialien für opto-elektronische Anwendungen. Die Kooperation wurde im Dezember 2023 vertraglich fixiert.

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    Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler betrachten die vielfältigen und komplexen Wechselwirkungen zwischen Nanomaterialien und biologischen Systemen und legen den Forschungsschwerpunkt des Joint Labs auf die Entwicklung intelligenter, elektro-optischer Sensorik. Innerhalb des Joint Labs wird

    1. Grundlagenforschung zur Entwicklung von Gruppe IV SiGeSn-Halbleitermaterialien und graphen-basierten, sensorischen Bauelementen betrieben, die im NIR-FIR-Bereich arbeiten. Gleichzeitig geht es um die Realisierung innovativer mikroelektronischer Bauelemente wie Quantenbits und spintronischer Bauelemente.
    2. die Entwicklung innovativer Bauelemente, die der auf Silizium basierenden Technologie neue Funktionalitäten verleihen, vorangetrieben. Beispiele sind Biomolekülsensorik, Gewebezüchtung, regenerative Medizin oder auch Diagnoseverfahren.
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    Das Joint Lab wird einen Beitrag zu den Bemühungen der Universität Roma Tre im Rahmen mehrerer Flaggschiffprogramme des Romer Technopols PNNR grant M4-C2-Inv.1.5 leisten.

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    Veröffentlichungen

    1. Resolving the Metastable Si-XIII Structure through Convergent Theory and Experiment
      F. Rovaris, C. Bongiorno, A. Marzegalli, M. Bikeroui, D. Spirito, G. J. K. Schaffar, M. Zaghloul, A. A. Corley-Wiciak, F. Montalenti, V. Maier-Kiener, G. Capellini, A. M. Mio, E. Scalise
      Acta Materialia 321, 17740 (2026)
    2. Electroluminescence and Franz-Keldysh modulation observed in Sn/Ge multi-quantum wells
      M. Oehme, D. Marian, M. Wanitzek, C. Spieth, D. Schwarz, F. Bärwolf, M. A. Schubert, A. Daus, M. Virgilio, and G. Capellini
      Advanced Optical Materials 14, e03561 (2026)
    3. Mid-infrared intersubband transitions in p-doped Si1–xGex parabolic quantum wells
      M. Faverzani, D. Impelluso, S. Calcaterra, C. Zucchetti, C. Tassi, M. Virgilio, G. Capellini, P. Biagioni, G. Isella, and J. Frigerio
      Advanced Optical Materials 14, e03060 (2026)
    4. Strain-engineered Ge/SiGe resonant tunneling diodes for silicon-based terahertz emitters
      D. Marian, E. Talamas Simola, M. Leone, E. Bonistalli, A. I. A. Ali, L. Di Gaspare, G. Capellini, M. De Seta, S. Roddaro, and M. Virgilio
      ACS Applied Electronic Materials 8, 5830 (2026)
    5. EXAFS sheds light on short-range ordering in Ge1-xSnx Heteroepitaxial Layers grown by MBE and CVD
      S. Gougam, F. De Angelis, C. Meneghini, O. Concepción, D. Buca, G. Capellini, and M.H. Zoellner
      Physical Review Materials 9, 064601 (2025)
    6. Adaptive Epitaxy of C-Si-Ge-Sn: Customizable Bulk and Quantum Structures
      O. Concepción, A.J. Devaiya, M. H. Zoellner, M. A. Schubert, F. Bärwolf, L. Seidel, V. Reboud, A.T. Tiedemann, J.-H. Bae, A. Tchelnokov, Q.-T. Zhao, C. A. Broderick, M. Oehme, G. Capellini, D. Grützmacher, and D. Buca
      Advanced Materials 37, 2506919 (2025)
    7. Structural instability of human serum albumin during microparticles synthesis
      E. Fardelli, M. Di Gioacchino, G. De Simone, A. Ricci, G. Radostina, Y. Xiong, S. Sotgiu, A. Nucara, A. Tavella, L. Baldassarre, A. Sodo, P. Ascenzi, T. Gasperi, H. Bäumler, A. di Masi, and G. Capellini
      ACS Applied Bio Materials 8, 9907 (2025)
    8. Epitaxial SiGeSn alloys for CMOS-compatible thermoelectric devices
      P. Graziosi, D. Marian, A. Tomadin, S. Roddaro, O. Concepción, J. Tiscareño-Ramírez, P. Kaul, A. A. Corley-Wiciak, D. Buca, G. Capellini, and M. Virgilio
      ACS Applied Energy Materials 8, 9075 (2025)
    9. Challenges in modulation doping of n-type Ge/SiGe heterostructures: the role of epitaxial and thermal strain
      E. Campagna, E. Talamas Simola, L. Di Gaspare, D. Marian, M. H. Zoellner, F. Berkmann, L. Baldassarre, M. Ortolani, G. Capellini, M. Virgilio, and M. De Seta
      APL Materials 13, 061112 (2025)
    10. Shedding light on epitaxial SiGeSn alloys with Raman spectroscopy: local order and thermomechanical properties
      A. A. Corley-Wiciak, I. Zaitsev, O. Concepción, D. Buca, C. L. Manganelli, G. Capellini, and D. Spirito
      Journal of Physics: Condensed Matter 37, 403002 (2025)
    11. Sensing of Hemin Binding to Albumin using Ge-based Plasmonic Antennas Operating in the THz Range 
      E. Hardt, R. Varricchio, C.A. Chavarin, G. De Simone, O. Skibitzki, P. Ascenzi, A. di Masi, G. Capellini 
      IEEE Sensors Journal 25(8), 12881 (2025)
    12. Ultrastrong Coupling of Si1−xGex Parabolic Quantum Wells to Terahertz Microcavities
      F. Berkmann, T. Venanzi, L. Baldassarre, E. Campagna, E. Talamas-Simola, L. Di Gaspare, C. Corley-Wiciak, G. Capellini, G. Nicotra, G. Sfuncia, A. Notargiacomo, E. Giovine, S. Cibella, M. Virgilio, G. Scalari, M. De Seta, and M. Ortolani
      ACS Photonics 11, 2776 (2024)
    13. Evidence of correlation between membranes phase transition and clonogenicity in dehydrating Acinetobacter baumannii: a combined μ-Raman and AFM study
      E. Fardelli, M. Di Gioacchino, M. Lucidi, G. Capecchi, F. Bruni, A. Sodo, P. Visca, and G. Capellini
      The Journal of Physical Chemistry B 128, 6806 (2024)
    14. Characterization of Drop Cast as Strategy for the Biofunctionalization of Plasmonic Sensors Based on Highly Doped Ge-Based 
      E. Hardt, R. Varricchio, C.A. Chavarin, O. Skibitzki, A. di Masi, G. Capellini 
      Proc. iCampus Cottbus Conference (iCCC 2024), 191 (2024)
    15. Quantitative Protein Sensing with Germanium THz-Antennas Manufactured using CMOS Processes 
      E. Hardt, C.A. Chavarin, S. Gruessing, J. Flesch, O. Skibitzki, D. Spirito, G.M. Vita, G. De Simone, A. di Masi, C. You, B. Witzigmann, J. Piehler, G. Capellini 
      Optics Express 30(22), 40265 (2022)
    16. Terahertz Subwavelength Sensing with Bio-Functionalized Germanium Fano-Resonators 
      C.A. Chavarin, E. Hardt, O. Skibitzki, T. Voss, M.H. Eissa, D. Spirito, G. Capellini, L. Baldassarre, J. Flesch, J. Piehler, C. You, S. Gruessing, F. Roemer, B. Witzigmann 
      Frequenz: Journal of RF-Engineering and Telecommunications 76(11-12), 639 (2022)
    17. N-Type Ge/Si Antennas for THz Sensing 
      C.A. Chavarin, E. Hardt, S. Gruessing, O. Skibitzki, I. Costina, D. Spirito, W. Seifert, W.M. Klesse, C.L. Manganelli, C. You, J. Flesch, J. Piehler, M. Missori, L. Baldassarre, B. Witzigmann, G. Capellini 
      Optics Express 29(5), 7680 (2021)
    18. Biomolecule Sensing in THz Range with N-Ge/Si Antennas 
      C.A. Chavarin, A.A. Wiciak, E. Hardt, S. Gruessing, O. Skibitzki, I. Costina, W. Seifert, W.M. Klesse, C.L. Manganelli, C. You, J. Flesch, J. Piehler, M. Missori, W. Koczorowski, L. Baldassarre, B. Witzigmann, G. Capellini, D. Spirito
      Proc. 46th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2021), (2021) 

    Präsentationen

    1. Highly Doped Ge-based Plasmonic µ-Structures for THz Biosensing  (invited)
      E. Hardt, O. Skibitzki, G. De Simone, A. di Masi, D. Rettke, L. Barillas, G. Capellini, C.A. Chavarin 
      15. Wildauer Wissenschaftswoche: 5. EcoPhotonics Symposium (2026), Wildau, March 09 - 13, 2026, Germany
    2. Shedding light on the lattice strain and interface quality of Si and Ge quantum wells at the nanoscale
      G. Capellini  (invited)
      E-MRS Fall Meeting (E-MRS 2026), Warsaw, September 15 - 18, 2025, Poland
    3. Influence of SiN/SiO2 Passivation on the Interaction of a Highly Doped Plasmonic Ge Antenna Cladding with Albumin in the THz Range 
      E. Hardt, D. Rettke, G. De Simone, O. Skibitzki, A. di Masi, L. Barillas, C.A. Chavarin, G. Capellini 
      E-MRS Fall Meeting (E-MRS 2026), Warsaw, September 15 - 18, 2025, Poland
    4. Determination of the Detection Limit and Hemin Binding Effect using Ge-based Plasmonic Antennas in the THz Range. 
      E. Hardt, C.A. Chavarin, R. Varricchio, O. Skibitzki, A. di Masi, G. Capellini 
      17. Dresdner Sensor-Symposium (DSS 2024), Dresden, November 25 - 27, 2024, Germany
    5. Advanced characterization of the crystal lattice in Si and Ge quantum wells
      G. Capellini (Plenary)
      8th  International Conference on NANOstructures and nanomaterials SElf-Assembly,(NANOSEA) 16-19 July 2024, Marseille (Fra)
    6. Role of the Domain II of Human Serum Albumin in Bacteria Toxins Recognition: From Biochemical Studies to Biotechnological Implications 
      R. Varricchio, G. De Simone, E. Hardt, C.A. Chavarin, G. Capellini, A. di Masi 
      48th Federation of European Biochemical Socienties Congress (FEBS 2024), Milan, June 29 - July 03, 2024, Italy
    7. Characterization of Drop Cast as Strategy for the Biofunctionalization of Plasmonic Sensors Based on Highly Doped Ge-Based 
      E. Hardt, R. Varricchio, C.A. Chavarin, O. Skibitzki, A. di Masi, G. Capellini 
      iCampus Cottbus Conference (iCCC 2024), Cottbus, May 14 - 16, 2024, Germany
    8. Ultra-Thin Subwavelength Detection of Polymer Layers using Highly-Doped N-Ge Plasmonic Antenna in the THz Range 
      E. Hardt, C.A. Chavarin, J. Flesch, O. Skibitzki, R. Varricchio, A. di Masi, G. Capellini 
      87. Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG 2024), Berlin, March 17 - 22, 2024, Germany
    9. Use of the Ultra-Highly Doped Plasmonic Ge Antenna on Si/SIO Substrates to Investigate the Interaction between Human Serum Albumin and Hemin in the THz Range 
      E. Hardt, C.A. Chavarin, O. Skibitzki, R. Varricchio, D. Spirito, A. di Masi, G. Capellini 
      Women in Photonics (2023), Jena, November 26 - 30, 2023, Germany
    10. Investigation of the Interaction Between Hemin and Human Serum Albumin in the THz Range using Ultra-High Doped Ge-based Plasmonic Antenna 
      E. Hardt, C.A. Chavarin, O. Skibitzki, R. Varricchio, D. Spirito, A. Di Masi,G. Capellini 
      E-MRS Fall Meeting 2023, Warsaw, September 18 - 21, 2023, Poland
    11. Influence of Thickness in Ge-Based Plasmonic Antennas for the Detection of Human Serum Albumin 
      E. Hardt, C.A. Chavarin, O. Skibitzki, D. Spirito, R. Varricchio, A. diMasi, S. Gruessing, B. Witzigmann, G. Capellini 
      3rd Joint Conference International SiGe Technology and Device Meeting and International Conference on Silicon Epitaxy and Heterostructures (ISTDM/ICSI 2023), Como, May 21 - 25, 2023, Italy
    12. Substrate Influence on the Fano Coupling of Bright-Dark Modes in THz Plasmonic n-doped Ge Antennas 
      E. Hardt, C. Alvarado Chavarin, S. Gruessing, O. Skibitzki, T. Voß, D. Spirito, B. Witzigmann, G. Capellini 
      26. Deutsche Physikerinnentagung German Conference of Women in Physics, Karlsruhe, November 24 - 27, 2022, Germany
    13. Ge-Based Plasmonic Antenna Made of Ultra-High Doped Ge for Biosensing in the THz Range 
      E. Hardt, C.A. Chavarin, S. Gruessing, J. Flesch, O. Skibitzki, D. Spirito, G.M. Vita,G.D. Simone, A. di Masi, C. You, B. Witzigmann, J. Piehler, G. Capellini 
      E-MRS Fall Meeting 2022, Warsaw, September 19 - 22, 2022, Poland
    14. Biomolecule Sensing in THz Range with N-Ge/Si Antennas 
      C.A. Chavarin, A.A. Wiciak, E. Hardt, S. Gruessing, O. Skibitzki, I. Costina, W. Seifert, W.M. Klesse, C.L. Manganelli, C. You, J. Flesch, J. Piehler, M. Missori, W. Koczorowski, L. Baldassarre, B. Witzigmann, G. Capellini, D. Spirito 
      46th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2021), Chengdu, August 29 - September 03, 2021, China
    15. Optimization of Material and Fabrication of THz - Germanium Microantennas 
      A.A. Wiciak, E. Hardt, C.A. Chavarin, W. Koczorowski, W.M. Klesse, G. Capellini, D. Spirito 
      11th THz Young Scientists Meeting (2020), Marburg, March 01 - 02, 2020, Germany
    16. Modeling of Plasmonic Semiconductor THz Antennas in Square and Hexagonal Array Arrangements 
      S. Gruessing, B. Witzigmann, F. Roemer, G. Capellini, C.A. Chavarin, W.M. Klesse, E. Hardt, J. Piehler, C. You, J. Flesch 
      SPIE Photonics West (2020), San Francisco, February 01 - 06, 2020, USA
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    Organisation der „2024 International Summer School: Photonic Realms: A Journey into Quantum Information, Sensing, and Space Applications“, die im September 2024 am IHP, der TH Wildau und der Universität Roma Tre stattfand.

    6 Doktorarbeiten und 2 Masterarbeiten wurden gemeinsam durchgeführt.

Prof. Dr. Giovanni Capellini

IHP
Im Technologiepark 25
15236 Frankfurt (Oder)
Deutschland

Telefon: +49 335 5625 317
E-Mail senden »

Prof. Dr. Alessandra di Masi

Department of Sciences - Section of Biomedical Sciences and Technologies
University Roma Tre
Viale Guglielmo Marconi, 446
00146 Roma
Italy

Telefon: +39 06 57336363
E-Mail senden »

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