Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

Neue Methoden ermöglichen es Physikern und Biologen am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie, Neuland in der Wissenschaft zu betreten. Mithilfe neuer Strahlungsquellen, vor allem mit dem Röntgen-Freie-Elektronen-Laser, der am DESY in Hamburg gebaut wird, können die Forscher die Eigenschaften und das Verhalten von Materie mit einer räumlichen Auflösung von wenigen Nanometern und in Zeitintervallen von wenigen milliardstel Bruchteilen einer Milliardstel Sekunde abbilden. Auf diese Weise gewinnen sie völlig neue Einsichten in die Struktur und Funktion biologischer Materialien sowie in die Eigenschaften von Festkörpern und deren elektronische und strukturelle Dynamik. So kontrollieren Physiker mit dem kohärenten Licht von Lasern die kollektiven Eigenschaften, wie etwa die Supraleitung, komplexer Festkörper, zu denen unter anderem viele Keramiken zählen.

Kontakt

Luruper Chaussee 149, Geb. 99 (CFEL)
22761 Hamburg
Telefon: +49 40 8998-88002
Fax: +49 40 8994-6570

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):

IMPRS for Ultrafast Imaging and Structural Dynamics

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren bzw. Direktorinnen und in den Forschungsgruppen.

Im deutschlandweiten Vergleich liegt die MPG auf Platz zwei

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Max Planck – New York City Center for Non-Equilibrium Quantum Phenomena in New York City eröffnet

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Forscher beobachten die Arbeit eines Enzyms in bislang ungesehenem Detail

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Hinweise auf einen lichtinduzierten verlustfreien Stromtransport in Alkali-Fulleriden helfen bei der Suche nach supraleitenden Materialien für die Praxis

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Mithilfe von kurzen Elektronenpulsen lässt sich eine Strukturänderung in einem komplexen Molekül wie im Film verfolgen

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Materialeigenschaften mit Licht wie mit einem Zauberstab schalten: Das ist das Ziel von Andrea Cavalleri. Der Direktor am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg verändert mit Lasern das Verhalten von Kristallen und erzeugt so etwa für kurze Zeit Supraleiter, die Strom bei Zimmertemperatur verlustfrei leiten.

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Design von Materialien mit klassischem und Quantenlicht 

2021 Christian Eckhardt und Michael Sentef

Materialwissenschaften Quantenphysik

 In den letzten Jahren ist es gelungen, kurze und starke Laserpulse mit vielen Photonen zu erzeugen, die auf extrem schnellen Zeitskalen mit Materialien wechselwirken und das Verhalten dieser Materialien verändern. Im benachbarten Forschungsgebiet der Quantenoptik stehen dagegen die Quantenfluktuationen des Lichts im Mittelpunkt, bei denen nur wenige virtuelle Photonen im Vakuum entstehen und wieder verschwinden. Am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg schlagen wir nun eine Brücke zwischen diesen beiden Bereichen. Wir erforschen das Potenzial von klassischem und Quantenlicht, um Designermaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu kreieren, die neue energiesparende und quantentechnische Anwendungen ermöglichen könnten.

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Die Gestaltungsprinzipien der Natur auf atomaren und elektronischen Zeitskalen

2019 Eike C. Schulz, Robert Bücker, Günther H. Kassier, Hong Guan Duan,  R.J. Dwayne Miller

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften Mikrobiologie Quantenphysik

Wie hat die Natur biologische Strukturen optimiert, um chemische Prozesse optimal in lebende Systeme umzuwandeln? Bei der Überschreitung chemischer Barrieren (etwa 100 Femtosekunden) wurde vorgeschlagen, dass die Natur Form und Funktion so optimiert, dass Quanteneffekte gezielt genutzt werden, um die Kohärenz auszudehnen - einschließlich der elektronischen Kohärenzen, die empfindlich auf Umgebungsschwankungen reagieren. In enzymatischen Prozessen, die Mikrosekunden andauern, steuern stochastische, thermisch angetriebene Bewegungen die Chemie, um biologische Funktionen anzutreiben.

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Lichtinduzierte Supraleitung: Fußbälle leiten Strom ohne Widerstand

2017 Först, Michael; Nicoletti, Daniele; Cavalleri, Andrea

Festkörperforschung Materialwissenschaften

Supraleiter zeigen die bemerkenswerte Eigenschaft, elektrischen Strom bei sehr tiefen Temperaturen widerstandslos leiten zu können. Der Einsatz dieser Materialien im alltäglichen Leben ist allerdings dadurch begrenzt, dass dafür Temperaturen von mindestens −70°C notwendig sind. In Kohlenstoff-basierten Molekülen gelang es nun, durch Bestrahlung mit intensiven mittelinfraroten Laserblitzen den supraleitenden Zustand kurzfristig bei höheren Temperaturen zu erreichen. Die Erkenntnisse helfen bei der Entwicklung neuer Materialien, die bei deutlich höheren Temperaturen supraleitend werden.

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Wie Licht Materie verändert: über den Einfluss von Laserlicht und einzelnen Photonen

2016 Ruggenthaler, Michael; Hübener, Hannes; Sentef, Michael A.; Appel, Heiko; Rubio, Angel

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften Quantenphysik

Die Eigenschaften eines Materials, z.B. seine Leitfähigkeit, können durch Wechselwirkung mit Licht gezielt verändert werden. Dies kann mittels vieler Photonen in Form eines Laserstrahls geschehen, in manchen Fällen genügen aber bereits wenige Photonen. Forscher der Theorie-Abteilung am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg verwenden beide Extreme, um neuartige Zustände der Materie zu untersuchen: Mit Lasern können bisher unbeobachtete Materiezustände theoretisch erzeugt werden, und chemische Reaktionen lassen sich durch den Einfluss weniger Photonen verändern.

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Molekülkino aus Hamburg

2015 Hayes, Stuart; Manz, Stephanie; Bücker, Robert; Kassier, Günther; Miller, R.J. Dwayne.

Chemie Materialwissenschaften

Viele Prozesse in der Chemie des Lebens finden auf ultrakurzen Längen- und Zeitskalen statt. Ihre Beobachtung liegt damit jenseits der Möglichkeiten optischer Mikroskopie. Die Untersuchung solcher Prozesse mithilfe neuartiger Elektronenquellen stellt in vielen Fällen eine kostengünstige Alternative zu Röntgenuntersuchungen mit Synchrotronstrahlungsquellen und Freie-Elektronen-Lasern dar. Auch die Entwicklung von Methoden zur Bereitstellung flüssiger Proben ist essentiell für die Untersuchung vieler organischer Materialien.

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