Neuen Quantenphänomenen auf der Spur

Bislang unverstandene quantenmechanische Effekte in Nanosystemen sichtbar zu machen, genauer zu erforschen und gegebenenfalls für Anwendungen nutzbar zu machen, ist Ziel eines neuen Projekts an der Universität Oldenburg.

In winzigen Strukturen, die nur aus wenigen Tausend Atomen bestehen, lassen sich viele interessante quantenphysikalische Phänomene erzeugen und beobachten – mit Anwendungsmöglichkeiten etwa in der Photovoltaik, Informationsverarbeitung oder im Energietransport. An der Universität Oldenburg befassen sich mehrere Forschungsgruppen am Institut für Physik und am Institut für Chemie mit Vorgängen in solchen Nanostrukturen. Das Land Niedersachsen fördert diese Forschung nun im Projekt DyNano („Dynamik auf der Nanoskala: Von kohärenten Elementarprozessen zur Funktionalität“) aus dem Programm „Spitzenforschung in Niedersachsen“ (SPRUNG, ehemals Niedersächsisches Vorab) mit rund 2,4 Millionen Euro über drei Jahre. Ziel des Projekts ist es, den Grundstein für einen national führenden und international sichtbaren Forschungsverbund auf dem Gebiet der nanoskaligen Dynamik zu legen und auf dieser Basis koordinierte Forschungsprojekte einwerben zu können.

Sprecher des Verbundvorhabens ist der Physiker Prof. Dr. Christoph Lienau. Insgesamt sind elf Arbeitsgruppen des Instituts für Physik und zwei Arbeitsgruppen des Instituts für Chemie beteiligt. „Wir wollen hochaktuelle experimentelle und theoretische Ansätze, die verschiedene Oldenburger Gruppen in den vergangenen Jahren auf diesem Gebiet entwickelt haben, bündeln, miteinander vernetzen und weiterentwickeln“, betont der Forscher. Gemeinsam strebe man an, bislang unverstandene quantenmechanische Effekte in Nanosystemen sichtbar zu machen, genauer zu erforschen und gegebenenfalls für Anwendungen nutzbar zu machen. Dabei wollen sich die Teams vor allem auf Phänomene konzentrieren, die bei Raumtemperatur ablaufen und damit für zukünftige Anwendungen besonders interessant sind.

Einen Schwerpunkt bilden Nanostrukturen, in denen sich Licht und Materie zu besonderen Quantenzuständen verbinden. Der Oldenburger Arbeitsgruppe „Quantenmaterialien“ von Prof. Dr. Christian Schneider war es im vergangenen Jahr gelungen, in extrem dünnen Halbleitern, die nur aus drei Lagen von Atomen bestehen, eine solche Kopplung herzustellen und das Material außerdem dazu zu bringen, Laserlicht auszusenden. Dieses und ähnliche Systeme wollen die Forschenden nun genauer untersuchen.

In einem zweiten Schwerpunkt erforschen mehrere Teams, wie Elektronen und Energie zwischen Nanostrukturen übertragen werden. Die Oldenburger Forschenden nehmen Anwendungen in der Photovoltaik und in der Photokatalyse in den Blick, dabei geht es um die Aktivierung von chemischen Reaktionen durch Licht.

Um den Transport von Elektronen, Lichtteilchen und Energie auf einer Skala von wenigen Milliardstel Metern zu beobachten, setzen die Physikerinnen und Physiker im dritten Schwerpunkt verschiedene neuartige Mikroskopieverfahren ein. „In Oldenburg verfügen wir über mehrere außergewöhnliche, teils selbst entwickelte Instrumente, mit denen wir Prozesse in Nanostrukturen gleichzeitig auf kleinsten Raum- und Zeitskalen beobachten können“, berichtet Lienau.

Das Vorhaben DyNano ergänzt andere laufende und geplante Programme, insbesondere die Aktivitäten im Forschungsverbund „Quantum Valley Lower Saxony“. Eine enge Zusammenarbeit mit führenden Forschenden im Bereich der Quantenphysik in Niedersachsen und benachbarten Regionen ist geplant.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Christoph Lienau
Institut für Physik
Universitä Oldenburg
Tel.: 0441/798-3485
E-Mail: christoph.lienau@uol.de

Weitere Informationen:

https://uol.de/physik/forschung/uno