Zwei Marie-Skłodowska-Curie-Stipendien für das MPSD
Zwei Postdoktoranden am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) haben Postdoktorandenstipendien im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) erhalten. Dasom Kim aus der Gruppe „Quantum Condensed Matter Dynamics“ unter der Leitung von Andrea Cavalleri und Na Wu aus der Theorieabteilung unter der Leitung von Angel Rubio werden die Stipendien nutzen, um zu erforschen, wie künstlich hergestellte elektromagnetische Resonatoren zur Steuerung von Quantenmaterialien eingesetzt werden können – sowohl aus experimenteller Sicht, als auch aus theoretischer Sicht. Zusammen zeigen ihre Projekte die Bandbreite der Arbeit des MPSD im Bereich der Licht-Materie-Wechselwirkungen und der kohärenten Steuerung kondensierter Materie.
Beide Stipendien befassen sich mit einer zentralen Frage der aktuellen Quantenmaterialforschung: Kann die elektromagnetische Umgebung selbst als Regler genutzt werden, um die Eigenschaften von Festkörpern neu zu gestalten? Anstatt Materie lediglich mit Licht zu untersuchen, wollen die Forscher Materialien in speziell angepasste Resonatoren einbringen, in denen Photonen, Gitterschwingungen und Spins so stark miteinander koppeln, dass ein neues kollektives Verhalten entsteht.
Dasom Kim – Hohlraum-Magnetismus in zweidimensionalen Antiferromagneten
Dasom Kim ist Experimentalphysiker und beschäftigt sich mit extrem starken Licht-Materie-Wechselwirkungen in Quantenmaterialien. Der gebürtige Südkoreaner erwarb seinen Bachelor- und Master-Abschluss in Physik an der Seoul National University, wo er mit dem verstorbenen Dai-Sik Kim zusammenarbeitete, und promovierte 2025 an der Rice University unter Junichiro Kono in Angewandter Physik. Seitdem ist er als Postdoktorand in der Cavalleri-Gruppe am MPSD tätig. Seine bisherigen Arbeiten haben gezeigt, wie eingeschränkte elektromagnetische Felder in Terahertz-Resonatoren elektronische Systeme in Bereiche treiben können, in denen Licht und Materie untrennbar werden und neue kollektive Zustände entstehen.
In seinem MSCA-Projekt wird Kim diesen Ansatz auf den Magnetismus ausweiten. Er entwickelt eine neue Klasse von Terahertz-Resonatoren, die darauf ausgelegt sind, die magnetische Komponente des Lichtfeldes zu verstärken, wodurch eine extrem starke Kopplung an Spin-Anregungen in zweidimensionalen Antiferromagneten ermöglicht wird. In Kombination mit ultraschnellen Terahertz-Impulsen soll die Methode eine direkte, verlustarme Steuerung der Spindynamik auf deren natürlichen Zeitskalen ermöglichen. „Ich habe mich für das MPSD entschieden wegen seiner fortschrittlichen Terahertz-Einrichtungen, der hochmodernen Lasersysteme und der starken Expertise in der ultraschnellen Steuerung von Quantenmaterialien – allesamt unerlässlich für die Umsetzung dieses Projekts“, sagt er. Über die Wissenschaft hinaus, so merkt er an, hätten auch das internationale Umfeld Hamburgs und sein grüner, familienfreundlicher Charakter die Entscheidung für den Umzug leicht gemacht.
Na Wu – Eine prädiktive Theorie der Phononik in getriebenen Hohlräumen
Na Wu kam im November 2024 zum MPSD, kurz nachdem sie ihre Promotion am Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften abgeschlossen hatte. In der von Angel Rubio geleiteten Theorieabteilung baut sie ihr Fachwissen in den Bereichen ultraschnelle Spektroskopie, Vielteilchentheorie und Hohlraum-Quantenelektrodynamik aus. Während ihrer Doktorarbeit entwickelte sie theoretische Modelle und Berechnungswerkzeuge auf Basis der First-Principles-Methode, um die Rolle von Phononen in der ultraschnellen Magnetisierungsdynamik und der nichtlinearen Phononik aufzuklären – eine Arbeit, die nun die konzeptionelle Grundlage für ihr aktuelles Projekt bildet.
Ihr MSCA-Stipendium mit dem Titel „Driven Cavity-Controlled Phonons for Quantum Materials Manipulation“ zielt darauf ab, einen prädiktiven theoretischen Rahmen für die Steuerung von Gitterschwingungen in Quantenmaterialien mithilfe von angeregten optischen und Terahertz-Resonatoren zu etablieren. Im Gegensatz zur herkömmlichen hochintensiven Anregung im freien Raum, die häufig unerwünschte Erwärmungseffekte hervorruft und die Lebensdauer der Phononen verkürzt, ermöglichen angeregte Resonatoren eine präzise Gestaltung der elektromagnetischen Umgebung. Dies ermöglicht die selektive Verstärkung bestimmter Phononenmoden und erleichtert den Drehimpuls-Transfer zwischen Photonen, Gitterschwingungen, Elektronen und Spins. Aufbauend auf dem kürzlich von der Abteilung für Theorie entwickelten energieaufgelösten Input-Output-Formalismus wird Wu diesen Rahmen zu einer impuls-aufgelösten Formulierung erweitern, die spektroskopische Fingerabdrücke erzeugt, die direkt mit experimentellen Beobachtungen vergleichbar sind. „Es ist eine große Ehre, dieses Stipendium zu erhalten“, sagt sie. „Ich freue mich darauf, theoretische Rahmenwerke voranzutreiben, die eine Brücke zwischen der Grundlagenphysik und experimentell zugänglichen Observablen schlagen, sowie auf die Kooperationen und Entdeckungen, die diese Reise mit sich bringen wird.“
