Fünf neue Doktoren am MPSD

14. August 2015

In den vergangenen Wochen verteidigten fünf Doktoranden des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie ihre Dissertationen an der Universität Hamburg.

David Schmitz verteidigte seine Dissertation “Structural flexibility and chirality of polar molecules elucidated with broadband rotational spectroscopy” am 28. Juli. Er kam 2011 in die Gruppe von PD Melanie Schnell und war ihr erster Doktorand in Hamburg. Er war zudem einer der ersten Doktoranden der IMPRS-UFAST. Während seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit dem Aufbau und dem Betrieb eines Breitband-Mikrowellenspektrometers – dem zweiten in Europa. Mit Hilfe dieses Spektrometers erforschte er die konformationelle Flexibilität kleiner organischer Moleküle wie Menthon und Menthol. Des Weiteren zeigte er, dass mit Hilfe der Mikrowellen-drei-Wellen-Mischung an einem Breitbandspektrometer Enantiomere unterschieden werden können.

Julian Hirscht verteidigte seine Dissertation “Femtosecond Electron Diffraction: Next generation electron sources for atomically resolved dynamics” am 16. Juli. Er war der zweite Doktorand in der Hamburger Gruppe von Prof. R. J. Dwayne Miller, der er seit Anfang 2010 angehörte. Während seiner Arbeit entwickelte er große Anteile des relativistischen Elektronenbeschleunigers REGAE (Relativistic Electron Gun for Atomic Exploration), welcher Elektronenpulse mit Pulsdauern bis hinunter zu 25 Femtosekunden liefern soll, und zwei kompakte Elektronenbeugungsaufbauten für zeitaufgelöste Studien molekularer Dynamik mit atomarer Auflösung und Zeitauflösung im Femtosekundenbereich. Die FED-CAMM (Femtosecond Electron Diffraction CAmera for Molecular Movies) erzeugt 105 Elektronen in Pulsen mit einer Dauer von weniger als 100 Femtosekunden an der Probe. Die mit den neuen Elektronenquellen einhergehende Erhöhung der Helligkeit und Verbesserung der Zeitauflösung erlauben es, das lang verfolgte Ziel der Beobachtung molekularer Dynamik mit Einzelelektronenpulsen zu erreichen, und eröffnen eine glänzende Zukunft mit Elektronen.

Rashmi Singla verteidigte ihre Dissertation “Measuring correlated electron dynamics on few femtoseconds time scale” ebenfalls am 16. Juli. Sie wurde im Juli 2010 Mitglied der Gruppe von Prof. Andrea Cavalleri und studierte den zeitlichen Verlauf lichtinduzierter Phasenübergänge auf Zeitskalen vergleichbar zu oder kürzer als der charakteristischen Störungsdauer. Sie untersuchte das lichtinduzierte Schmelzen der orbitalen Ordnung im Übergangsmetalloxid La0.5Sr1.5MnO4 mit einer Zeitauflösung von 4 Femtosekunden und entdeckte einen zeitlichen Engpass. Die Arbeit legt nahe, dass der strukturelle Jahn-Teller-Effekt die treibende Kraft für den stabilen Zustand orbitaler Ordnung ist und nicht die deutlich schnelleren elektronischen Wechselwirkungen. In einem weiteren Experiment erforschte sie die Dynamik der lokalen Korrelationen im eindimensionalen Mott-Isolator ET-F2TCNQ mit nahezu Einzelzyklus-Infrarotpulsen von 10 Femtosekunden Länge. Sie fand eine Modulation der effektiven Mott-Eigenschaft bei einer Frequenz von 70 Terahertz, der zweifachen Frequenz des treibenden Feldes. Das Ergebnis lässt auf eine quadratische Kopplung der lokalen Korrelation an die Verschiebungskoordinate des angeregten Moleküls schließen.

Matteo Mitrano verteidigte seine Doktorarbeit “Nonequilibrium Emergent Phenomena in Organic Molecular Solids” am 15. Juli 2015. Er trat der Gruppe von Prof. Andrea Cavalleri im November 2010 bei und arbeitete an der Nichtgleichgewichtsdynamik stark korrelierter Festkörper, mit einem Fokus auf organischen Mott-Isolatoren und Supraleitern. Das Hauptproblem, das er während seiner Untersuchungen erforschte, ist die Kontrolle lichtinduzierter Übergangszustände durch die Einstellung mikroskopischer elektronischer Wechselwirkungen im und außerhalb des Gleichgewichtszustandes. In einem ersten Experiment am Mott-Isolator ET-F2TCNQ, erlaubten die druckinduzierten Änderungen am Grundzustand, den Einfluss elektronischer Korrelationen auf die Definition der Relaxation lichtinduzierter Phasen zu bestimmen. Ein zweites Experiment mit dem organischen Supraleiter K3C60 führte hingegen zu der Beobachtung einer neuartigen supraleitungs-artigen Phase weit oberhalb der kritischen Temperatur Tc im Gleichgewichtszustand. Diese Phase ist eine Konsequenz der resonanten Anregung intramolekularer Vibrationen.

Bereits am 29. Juni 2015 verteidigte Ling Ren ihre Dissertation “Ultrafast Desorption Vibrational Excitation (DIVE): Applications Surgery, Mass Spectrometry and Towards Ultimate Limits in Biodiagnosis”. Sie kam im November 2011 in die Gruppe von Prof. R. J. Dwayne Miller und war unter den ersten Doktoranden der IMPRS-UFAST. In enger Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf und weiteren Instituten arbeitete sie am SUREPIRL-Projekt, welches durch einen Advanced Grant des European Research Council gefördert wird. Sie untersuchte die Anwendungen der Laserablation mit dem Pikosekunden-Infrarot-Laser (PIRL) unter DIVE-Bedingungen in medizinischen und biologischen Szenarien. Sie zeigte, dass die PIRL-Ablation nicht nur präzise und minimalinvasive Schnitte für die Augenheilkunde leistet, sondern auch Proteinspezies ohne Fragmentationen oder chemischen Veränderungen für die Massenspektrometrie liefert. Eines der prominentesten Ergebnisse ihrer Arbeit ist, dass verschiedene biologische Komplexe, von Proteinen über Viren bis hin zu ganzen Zellen, mit Hilfe des PIRL mit intakter Struktur und Funktion entnommen werden und direkt einer Untersuchung unter dem Mikroskop oder biochemischen Analysen zugeführt werden können. Diese wichtige Fähigkeit der PIRL-Extraktion biologischer Einheiten beleuchtet das deutliche Potential dieser Technologie für die Weiterentwicklung schneller Hochdurchsatz-Biodiagnostik. Neben ihrer Forschungstätigkeit war Ling Ren Doktorandenvertreterin in der IMPRS-UFAST und akademische Tutorin der MIN-Fakultät der Universität Hamburg.

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