Neues Max-Planck-New York City Center for Non-equilibrium quantum phenomena 

Max-Planck-Gesellschaft, Columbia University und das Flatiron Institute eröffnen kollaboratives Forschungszentrum

Gemeinsam wollen 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 können Forscher durch die Steuerung dieser Prozesse Materialien für vielfältige und potentiell bahnbrechende Zwecke entwickeln. 

Im New York Center vereinen und ergänzen sich die Forschungsbereiche der beteiligten Partnerorganisationen. Geleitet wird es von Andrea Cavalleri, dem geschäftsführenden Direktor des 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.

Vertreter der drei Institutionen und renommierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt nahmen am 18. November an der Einweihungsfeier an der Columbia University teil, der ein zweitägiges wissenschaftliches Symposium und Workshop am Flatiron Institute folgte.

Das Center eröffnet 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 wird 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 war ein völlig natürlicher Schritt.“

Das Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz beteiligt sich mit spektroskopischen Experimenten, basierend auf intensiven Laserpulse 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.“

Die Forschungsarbeit des neuen Zentrums soll durch das enge Zusammenspiel zwischen Theorie und Experimentalphysik geprägt sein, betont Ángel Rubio: „Es ist viel interessanter, die Theorie in ein experimentelles Netzwerk einzubetten. Wir können experimentelle Werkzeuge entwickeln, um unsere theoretischen Vorhersagen zu beweisen. Dies wird das herausstechende Merkmal des Zentrums sein: Die Verwirklichung dieser unkonventionellen Konzepte und Ideen.“

„Wir wollen programmierbare Eigenschaften auf Abruf entwickeln,“ ergänzt Andrew Millis. „Daher möchten wir ein Verständnis der Methoden entwickeln, wie man ein Material in einem Hohlraum einem Lichtstrahl aussetzt und so die gewünschte Eigenschaft erzeugt.“

Das Center bietet jungen 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 werden die kollaborative Arbeit des Zentrums mit jeweils €300.000 pro Jahr unterstützen.