Hochschule

Ultraschnelle Quantenbewegungen von Atomen und Molekülen im Blick

20.01.2021 - Bau des Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy zur Erforschung des Nanokosmos hat begonnen.

An der Universität Regensburg entsteht in den kommenden Monaten ein neuer Forschungs­bau, das Regens­burg Center for Ultra­fast Nano­scopy – kurz RUN. Ziel des RUN ist es, mit neu­artigen hoch­auf­lösenden Zeit­lupen­kameras die ultra­schnellen Quanten­bewegungen von Atomen und Molekülen in biologischen Systemen ebenso wie in Nano­materialien direkt zu beobachten, zu verstehen und für künftige Bio- und Quanten­techno­logien zu nutzen. Kurz, mit Hilfe des RUN soll es in Zukunft möglich sein, diesen Nano­kosmos der belebten und unbelebten Natur im Detail darzu­stellen und zu verstehen.

Moderne Lebens- und Naturwissenschaften sowie Quanten- und Bio­techno­logien sind auf ein detail­liertes Verständnis des Nanokosmos der Moleküle angewiesen. Da diese ständig in Bewegung sind, reicht es nicht aus, auf Stand­bilder zurück­zu­greifen, um Kern­fragen aktueller Grund­lagen­forschung zu beantworten. Die für die Forschung relevanten Prozesse im Nanokosmos laufen auf einer Zeitskala von Femto­sekunden oder gar noch schneller ab. Um diese Vorgänge auswerten zu können, werden hoch­auf­lösende Bilder sowohl in der zeit­lichen als auch in der räum­lichen Dimension benötigt, eine Aufgabe, die eine der größten wissen­schaft­lichen Heraus­forde­rungen unseres Jahr­hunderts darstellt.

Trotz weltweiter Anstrengungen gelang es bislang aus­schließ­lich an der Uni Regens­burg, die Bewegung eines einzelnen Molekül­orbitals direkt in Ort und Zeit auf­zu­lösen. Im RUN werden Wissen­schaftler die inhärent zeit­auf­ge­löste Nanoskopie fach­über­greifend weiter­entwickeln und an einem tieferen Verständnis für die Visua­li­sie­rung des Nanokosmos in seiner Komplexität arbeiten. Neben der Forschung wird das RUN außerdem Studenten, Doktoranden und Postdocs eine ganz­heit­liche experi­men­telle und theore­tische Ausbildung in einem hoch­modernen und inter­diszi­plinären Forschungs­feld ermöglichen.

Das Regensburg Center for Ultra­fast Nano­scopy wird vier Kernziele verfolgen. Erstens: Die Entwicklung neuer Nano­skopie­verfahren, die gleich­zeitig höchste Orts­auf­lösung bis in den Bereich einzelner Atome und ultra­schnelle Zeit­auf­lösung bis in den Bereich von milliardstel Bruch­teilen einer milliardstel Sekunde ermöglichen. Zweitens: Die fach­über­greifende systema­tische Erforschung biologisch, chemisch und physikalisch relevanter ultra­schneller nano­skopischer Dynamik. Drittens: Die Stärkung von Synergien zwischen den beteiligten Natur­wissen­schaften, um als Keim­zelle für neue inter­disziplinäre Dritt­mittel-Verbund­projekte zu fungieren. Und schließlich viertens: Die Förderung von Nach­wuchs­gruppen sowie von Nach­wuchs­forschern aus verschiedenen natur­wissen­schaftlichen Disziplinen, um das neue Forschungs­gebiet nach­haltig zu entwickeln.

Im RUN werden knapp hundert Wissen­schaftler und Techniker aus mehr als zwanzig Forschungs­gruppen aller natur­wissen­schaftlichen Disziplinen diese Ziel­stellungen gemeinsam und in enger inter­disziplinärer Zusammen­arbeit verfolgen. Neu beantragte Nachwuchs­gruppen sowie hoch­rangige externe Kooperations­partner werden Gelegen­heit finden, Mitarbeiter im RUN zu beschäftigen.

Der neue Forschungsbau wird in zwei schwingungs­technisch vonein­ander getrennten Baukörpern ausgeführt: als Präzisions­labor­bereich, für die Mess­systeme der ultra­schnellen Nanoskopie, und als Büro- und Nass­labor­trakt inklusive Seminar- und Konferenz­räumen. Grund für die Zwei­teilung ist die Notwendig­keit, die Präzisions­labore möglichst erschütte­rungs­frei zu halten. Die Nanoskopie-, Präparations- und Technik­räume erhalten zudem hoch­wertige Lüftungs­anlagen. Eine Zugangs­schleuse wird die Arbeits­bereiche möglichst partikelarm halten. Präzisions­klima­geräte sorgen für gleich­bleibende Temperatur- und Luft­feuchtig­keits­bedingungen in den Laboren. Die Fertig­stellung des „Regens­burg Center for Ultra­fast Nano­scopy“ ist für das Jahr 2023 geplant.

U. Regensburg / RK

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