Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

Geordie Williamson erhält den Max-Planck-Humboldt-Forschungspreis 2024, an Laura Waller und Torsten Hoefler gehen Max-Planck-Humboldt-Medaillen

Eine Coronainfektion verändert die biomechanischen Eigenschaften von roten und weißen Blutkörperchen teils monatelang

Ministerpräsident Söder und die Präsidenten von BAdW, Fraunhofer, LMU, MPG und TUM unterzeichnen eine Absichtserklärung für die Forschungsinitiative

Information könnte sich mit Hilfe von elektrooptischen Frequenzkämmen künftig effizienter übertragen lassen

Das BMBF will der QuNet-Initiative 165 Millionen Euro zur Verfügung stellen

Sei es eine medizinische Diagnose, die Suche nach Materialien für die Energiewende oder die Vorhersage von Proteinstrukturen – Algorithmen künstlicher Intelligenz dienen der Wissenschaft heute in vielen Bereichen als effektives Hilfsmittel. Doch können sie auch in der Physik nützlich sein, in der es darum geht, fundamentale Vorgänge in der Natur zu verstehen? Mario Krenn und Florian Marquardt lassen sich am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts bereits von KI unterstützen. Dabei loten die Wissenschaftler aus, was die Algorithmen heute können und was (noch) nicht.

Mehr Möglichkeiten in der Forschung und größere Freiheiten im Alltag lockten die Physikerin Hanieh Fattahi aus Iran nach Deutschland. Hier angekommen, musste sie zunächst einmal mit den Kulturunterschieden klarkommen. Doch inzwischen hat sie am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen ihre eigene Forschungsgruppe aufgebaut, die mit extrem kurzen Laserpulsen die Übertragung von Nervensignalen untersucht. Und mit ihrem Talent, Menschen zu motivieren, engagiert sich Hanieh Fattahi auch für den Klimaschutz.

In dem Kryostaten arbeiten Physiker mit der kältesten Flüssigkeit der Welt: einer speziellen Mischung von flüssigem Helium. Damit erreichen sie minus 273,14 Grad Celsius, also fast den absoluten Nullpunkt. Bei derart niedrigen Temperaturen stehen Atome nahezu still.

Wie leicht sich Zellen verformen, interessiert die Medizin bislang kaum – zu Unrecht, wie Jochen Guck, Direktor am Erlanger Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, und sein Team festgestellt haben. Denn über die mechanischen Eigenschaften von Zellen lassen sich etwa Krebserkrankungen, möglicherweise aber auch Entzündungen diagnostizieren. Derzeit erproben die Forschenden das Verfahren gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Erlangen – und haben damit schon hilfreiche Erkenntnisse zu Covid-19 gewonnen.

Für Techniken, die neue Einblicke in die Nanowelt ermöglichen, gibt es immer wieder Nobelpreise. Doch keine dieser Methoden erlaubte es bislang zu verfolgen, wie Enzyme und andere Biomoleküle im Detail arbeiten. Das hat Frank Vollmer, Leiter einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen, geändert – mit einem plasmonischen Nanosensor.

Die Möglichkeit, Milliarden von Transistoren auf Computerchips unterzubringen, hat unsere Gesellschaft maßgeblich verändert. Für immer leistungsfähigere Systeme zur Datenverarbeitung spielt auch die Photonik eine große Rolle. Während die Miniaturisierung von elektronischen Komponenten schon seit mehr als 40 Jahren stetig voranschreitet, ist das Forschungsfeld der integrierten Photonik relativ neu. Am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts haben wir Prozesse entwickelt, um optische Schaltkreise auf Mikrochips herzustellen, die für die Datenübertragung und optische Signalverarbeitung genutzt werden können.

Unser Forschungsteam hat ein multifokales chromatisches Konfokalsystem entwickelt, das eine hohe laterale Auflösung und einen großen Abbildungsbereich bietet. Das System basiert auf einer einzelnen Linse aus Zinkselenid (ZnSe)-Material. Durch die Nutzung der chromatischen Dispersion von ZnSe können Bilder in mehreren Ebenen aufgenommen werden. Das System ermöglicht die tomografische Bildgebung von biologischen Geweben in 3D mit zellulärer Auflösung. Es wurde gezeigt, dass das System erfolgreich Eisenoxid-Nanopartikelphantome sowie Hornhautproben abbilden kann. Die entwickelte Technologie könnte in der biomedizinischen und industriellen Bildgebung eingesetzt werden.

Moderne Quantentechnologien basieren auf dem Konzept der Hybrid-Quantensysteme,  die unterschiedliche physikalische Systeme jeweils optimiert für eine bestimmte Funktion miteinander koppeln, um eine möglichst effiziente Arbeitsweise des Gesamtsystems zu erreichen. Ein Beispiel eines solchen Hybrid-Quantensystems ist die Kopplung von Licht und magnetischen Materialien, das sowohl als Speicher als auch Überträger von Informationen verwendet werden kann. 

Photonische Hohlkern-Kristallfasern sind seit langem ein Forschungsschwerpunkt am MPI für Physik des Lichts. Es sind Glasfasern, in die Luftkanäle entlang der Faser eingebettet sind. In mehreren Experimenten konnten wir zeigen, dass diese Fasern interessante Anwendungen ermöglichen, wenn man die Kanäle mit Gas befüllt. So ist es gelungen, Femtosekunden-Laserpulse mit extrem hoher Wiederholrate zu generieren und eine Table-Top-Quelle für ultrakurze Pulse mit einer spektralen Helligkeit zu bauen, die um zwei bis fünf Größenordnungen höher ist als die der meisten Synchrotronanlagen.

Lichtteilchen (Photonen) besitzen normalerweise sehr wenig Energie und Impuls. Trotzdem können sie erfolgreich eingesetzt werden, um die Bewegung verschiedener Objekte zu steuern, von Molekülen bis hin zu Schwingungen kleiner Spiegel oder Membranen. Wir entwickeln theoretische Methoden, um zu zeigen, wie man Licht verwenden kann, um Schwingungen von Kernen in Molekülen auszulesen oder die Bewegung von Kristallspiegeln oder Membranen bis nahe an ihren Quantengrundzustand abzukühlen.