Quantentricks per Knopfdruck
Max Planck – New York City Center for Non-Equilibrium Quantum Phenomena in New York City eröffnet
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 Wissenschaftlerinnen und 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 Forschenden 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, also eine Trillionstelsekunde, 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 Wissenschaftlerinnen und 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.
