Die Eigenschaften eines Stoffes ändern sich auf überraschende Weise, wenn man die Abmessungen verkleinert. Wenn die endliche Ausdehnung von Elektronen, charakterisiert durch die de-Broglie-Wellenlänge, vergleichbar wird mit der Größe des Festkörpers, so beobachtet man qualitativ neuartige Erscheinungen, die auf Quantenphänomenen beruhen. Quantenfilme, bei denen sich die Elektronen nur noch in einer Ebene bewegen können, haben unerwartete Phänomene gezeigt, wie zum Beispiel den ganzzahligen und gebrochenzahligen Quanten-Hall-Effekt. Diese Entdeckung wurde durch zwei Nobelpreise belohnt. Die praktische Bedeutung erweist sich bei den Halbleiter-Lasern oder bei den Empfängern von Satellitenantennen. Die weitere Reduzierung der Dimensionen zu ein- und nulldimensionalen Systemen führt zu dem aktiven Forschungsgebiet der Quantenpunkte. Neuartige Funktionen wie beispielsweise der Einzelelektronentransistor werden zur Zeit erforscht. Auch mechanische Phänomene, wie die Festigkeit und das Bruchverhalten, unterliegen in mikroskopischen Dimensionen wichtigen Größeneffekten, die der Einengung von kristallographischen Gitterfehlern zuzuschreiben sind. Das Verständnis von Spannungen und ihrem Abbau in extrem kleinen Volumina ist einerseits von grundlegender Bedeutung, andererseits ausschlaggebend für die Zuverlässigkeit vieler mikrotechnischer Systeme. Die Erforschung von Skalierungseffekten ist insgesamt ein gutes Beispiel für ein Gebiet, auf dem die Max-Planck-Gesellschaft eine internationale Führungsposition innehat.

Auch die Erforschung von Katalysatoren durch “in-situ”-Charakterisierung ist ein erfolgreiches interdisziplinäres Arbeitsfeld mit strategischer Bedeutung für Wissenschaft und Technologie. Durch den Einsatz von Methoden und Instrumenten, deren Aufbau eine Organisationsform jenseits derjenigen eines Universitätsinstitutes erfordert, entsteht Wissen, das für die Grundlagenforschung ebenso bedeutsam ist, wie es der Anwendung nützt. Der Fortschritt in der Präparation von Modellsystemen, zum Beispiel dünne Schichten einkristalliner Oxide, erlaubt es, die Funktion heterogener Katalysatoren auf breiter Front aufzuklären und ihre Wirkung in Form von Elementarschritten zu beschreiben.