Panorama

Materie gezielt durcheinander bringen

29.11.2019 - Neues Forschungszentrum mit Beteiligung der Max-Planck-Gesellschaft in New York eingeweiht.

Die Max-Planck-Institute für Struktur und Dynamik der Materie und für Polymer­forschung erforschen von jetzt an gemeinsam mit der Columbia University und dem Flatiron Institute, wie sich die einzigartigen Eigenschaften von Quanten­materialien steuern und verändern lassen. Ziel des neuen Partner­projekts, dem New York City Center for Non-Equilibrium Quantum Phenomena, ist es, diese Materialien für Anwendungen wie Quanten­computer und Sensing oder neuartige Verschlüsselungs­methoden zu nutzen. Feierlich eingeweiht wurde das neue Forschungs­zentrum von allen vier Partner­organisationen am 18. November an der Columbia University.
 

Im Max Planck – New York City Center vereinen und ergänzen sich die Forschungs­bereiche der beteiligten Partner­organisationen. „Die beiden Max-Planck-Institute bringen einzig­artige experimentelle Fähigkeiten und Möglichkeiten etwa durch den Freie-Elektronen-Laser XFEL in Hamburg ein, aber auch hervorragendes theoretisches Knowhow“, sagte Ferdi Schüth in seiner Begrüßungs­ansprache an der Columbia University. „Die Theoriebildung im Forschungs­zentrum wird durch das Flatiron Center for Computational Quantum Physics optimal ergänzt. Und die Columbia University ist weltweit führend im Design und der Analytik neuer Materialien, in denen Quantenphänomene eine wesentliche Rolle spielen“, so der Vize-Präsident der Max-Planck-Gesellschaft weiter. 

Geleitet wird das neue Center von Andrea Cavalleri, dem geschäfts­führenden Direktor des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD), und Dmitri Basov, Higgins-Professor der Physik an der Columbia University. Der Leiter der MPSD-Theorieabteilung, Ángel Rubio, und Andrew Millis, der Co-Direktor des Center for Computational Quantum Physics (CCQ) am Flatiron Institute, sind stellvertretende Direktoren.

Gemeinsam wollen die Wissenschaftler Quanten­materialien in instabilen Zuständen untersuchen. Mithilfe von Strom, Hitzepulsen, Photonen­beschuss oder Platzierung in Quanten­hohlräumen werden diese Stoffe durcheinander­gebracht. In solchen Nicht-Gleich­gewichts­zuständen können die Materialien neue Eigenschaften annehmen und beispielsweise magnetisch, ferroelektrisch oder supraleitend werden. So sind die Forscher in der Lage, durch die Steuerung dieser Prozesse Materialien für vielfältige und potentiell bahn­brechende Zwecke zu entwickeln.

Das Center eröffne neue wissenschaftliche Perspektiven, sagt Andrea Cavalleri: „Durch die Kombination theoretischer und experimenteller Methoden wird dieses Center die Forschung zu den Eigenschaften von Quanten­materialien bereichern. Es soll zudem einen bedeutenden Beitrag zur Ausbildung junger Wissenschaftler leisten.“ „Wir alle arbeiten mit unterschiedlichen Methoden an einem gemeinsamen Thema – aber sie ergänzen sich“, so Dmitri Basov. „Angesichts dieser Forschungs­projekte war die Zusammenarbeit ein völlig natürlicher Schritt.“ Ein Markenzeichen des Zentrums wird das enge Zusammenspiel zwischen Theorie und Experimental­physik sein, betont Angel Rubio: „Es ist viel interessanter, die Theorie in ein experimentelles Netzwerk einzubetten. Wir können experimentelle Werkzeuge entwickeln, um unsere theoretischen zu beweisen.“

Das Max-Planck-Institut für Polymer­forschung in Mainz beteiligt sich mit spektroskopischen Experimenten, basierend auf intensiven Laserpulsen im Terahertz­spektrum, um die atomare Anordnung von Materialien zu verändern. In diesem Nicht­gleichgewichts­zustand – der meist nur eine Pikosekunde andauert – können neue Materialeigenschaften untersucht werden. „Wir werden nicht nur kurzlebige Zustände erzeugen, sondern mit unseren Lasersystemen die Elektronen in diesen Stoffen steuern,“ erklärt Instituts­direktor Mischa Bonn. „Dies könnte für zukünftige Anwendungen in den optischen oder Halbleiter­industrien interessant und relevant sein.“

Das Center bietet jungen Wissenschaftlern neue Strukturen für ihre Karriere­entwicklung. Zudem soll es in seiner ersten, fünfjährigen Förderungs­phase Gäste über längere Zeiträume unterstützen und den Austausch von Forschern ermöglichen – sowohl in Deutschland als auch den Vereinigten Staaten. Alle vier Partner verpflichten sich jeweils zu einem jährlichen Betrag in Höhe von etwa 300.000 Euro, um die gemeinsamen Aktivitäten des neuen Forschungs­zentrums ins Leben zu rufen und nachhaltig beizubehalten.

MPG / DE
 

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