University of Hamburg

Kluster Kecemerlangan Sekolah Siswazah ‚CUI: Pengimejan Maju Jirim

Kami menawarkan jawatan PhD dan Postdoc secara berterusan dalam bidang teras berikut, dan kami menjemput calon yang berkelayakan dan bermotivasi tinggi untuk memohon. Kebanyakan jawatan akan kekal terbuka sehingga diisi. Untuk maklumat lanjut hubungi penyelia masing-masing:

• A: Mereka bentuk kemunculan dinamik dalam jirim kuantum
• B: Menangkap kimia yang muncul
• C: Meneroka kemunculan dalam sistem heterogen

A: Mereka bentuk kemunculan dinamik dalam jirim kuantum

Penyelidikan di Kawasan A memfokuskan pada sistem kuantum yang boleh dikawal dengan sangat baik: gas kuantum dan pepejal. Di sini, kami berhasrat untuk memahami dan mengawal fungsi baru yang muncul dalam keadaan tidak seimbang atau dalam tetapan keseimbangan yang disesuaikan dengan indah, fungsi yang, setakat ini, tidak wujud dalam keadaan ambien.

Khususnya, kumpulan penyelidik akan menangani soalan berikut:

• Bagaimanakah kita boleh meningkatkan suhu kritikal superkonduktor bukan keseimbangan menggunakan pemanduan optik atau elektronik?
• Bagaimanakah kita boleh mencipta, memahami dan mengawal kelas baharu sistem berinteraksi dengan topologi?
• Bagaimanakah kita boleh memasang sistem banyak badan, atom demi atom, untuk mencapai keadaan magnet atau superkonduktor banyak badan yang teguh?
• Apakah yang boleh kita perolehi apabila memanfaatkan cahaya bukan klasik untuk menyediakan dan mengawal sifat kolektif jirim?

Aspek biasa semua projek penyelidikan di Kawasan A ialah soalan-soalan ini ditangani dengan kerjasama rapat antara eksperimen dalam pepejal makroskopik dan sistem seperti model, seperti simulator gas kuantum dan tatasusunan atom magnet pada permukaan. Berdasarkan gabungan ini, kami akan menangani dan memahami fenomena kuantum asas yang akan mendedahkan prinsip panduan yang diperlukan oleh bidang lain. Di sini kita boleh memberi perhatian khusus kepada darjah kebebasan elektronik kerana susunan kristal menghalang penyusunan semula nuklear.

Kawalan kuantum penuh ke atas atom individu akan dicapai menggunakan terowong pengimbasan atau mikroskop gas kuantum, manakala sifat kuantum penuh cahaya akan dimanfaatkan dalam eksperimen dengan gandingan cahaya bukan klasik dan jirim cahaya yang kuat.

Kawasan A menunjukkan tahap kawalan yang tinggi yang akhirnya kami ingin capai ke atas blok bangunan yang lebih kompleks yang dikaji di Kawasan B dan C.

B: Menangkap kimia yang muncul

Kawasan Penyelidikan B menyasarkan molekul bersaiz kecil hingga sederhana yang, walaupun bilangan juzuk atomnya terhad, sudahpun mempunyai sejumlah besar darjah kebebasan. Tingkah laku yang timbul dalam sistem ini timbul melalui gandingan intim antara subsistem elektronik dan nuklear, dan boleh digalakkan lagi melalui interaksi dengan pelarut atau persekitaran permukaan.

Dalam Kawasan ini kumpulan penyelidikan akan menangani persoalan utama berikut:

• Manakah darjah kebebasan utama yang timbul yang mendasari tindak balas kimia?
• Bagaimanakah kita boleh menggunakan cahaya untuk menguatkuasakan Pathway tindak balas kimia yang diingini?
• Bolehkah kita meramal, mengenal pasti dan mengawal keadaan kolektif baharu dengan menggunakan gandingan jirim cahaya yang kuat? Bolehkah kita menyesuaikan proses kimia atau peralihan fasa menggunakan foton?

Berbanding dengan Kawasan A, kerumitan bertambah di Kawasan B melalui fakta bahawa dalam proses reaktif secara kimia, kedudukan atom tidak terkurung secara kuasi-harmoni; berkala translasi rosak. Kemunculan dalam kimia bergantung pada interaksi dinamik yang terhasil bagi gerakan elektronik dan nuklear, yang menimbulkan darjah kebebasan kolektif yang mendasari tindak balas kimia.

Untuk mengenal pasti dan mencirikan Pathways dinamik yang diambil oleh darjah kebebasan utama yang muncul, kami akan menggunakan sinar-X dan teknik penyebaran elektron dan spektroskopi yang berkuasa, berhubung rapat dengan teori. Cerapan yang terhasil akan memberikan petunjuk kritikal untuk pembangunan strategi kawalan optik yang berkesan untuk mengemudi tindak balas kimia.

Mencapai impian kimia pemanduan ini akan mempunyai kesan untuk kedua-dua Kawasan A dan C, di mana kami akhirnya menyasarkan untuk mendapatkan kawalan optik ke atas proses yang pelbagai seperti konformasi dan fungsi protein atau fasa bersaing dalam pepejal.

C: Meneroka kemunculan dalam sistem heterogen

Objek penyelidikan Kawasan C, makromolekul biologi dan struktur nano tiruan, adalah wakil tipikal tahap kefungsian hierarki seterusnya jika dibandingkan dengan molekul bersaiz sederhana dan pepejal pukal. Matlamat jangka panjang kami adalah untuk mencapai jumlah pemahaman dan kawalan yang sama seperti di Kawasan A dan B proses yang membawa kepada kemunculan kefungsian dalam contohnya protein atau pemangkin foto yang berkesan.

Kumpulan penyelidik akan menangani soalan khusus berikut:

• Apakah peranan dinamik dan heterogen dalam fungsi makromolekul?
• Bagaimanakah pembentukan struktur pada skala nano membawa kepada kefungsian yang muncul dalam bahan nano semula jadi dan tiruan?
• Bagaimanakah pengangkutan elektron muncul antara sistem kuantum skala nano yang dipisahkan?

Soalan-soalan ini secara semula jadi dimaklumkan oleh pemahaman baru kimia di Kawasan B dan kepentingan topologi dan kaedah kawalan baru di Kawasan A, yang mesti digabungkan dengan pembangunan keupayaan baharu kepada dinamik konformasi imej pada skala atom.

Ia berada di Kawasan C di mana kami menggunakan revolusi XFEL sepenuhnya, dalam beberapa kes dengan mengambil kesempatan daripada rejim bukan linear yang dibuka di Kawasan A. Semua projek di Kawasan C juga memerlukan pendekatan baharu untuk penyediaan sampel dan penerangan teori. jirim kompleks yang diusir daripada keseimbangan.

Dalam Kawasan C, proses berganding pada berbilang masa dan skala panjang adalah penting untuk kemunculan fungsi. Sebagai contoh, gandingan gerakan elektronik kepada nukleus individu adalah bersyarat pada perubahan konformasi subsistem molekul atau nanozarah yang lebih besar. Bersama-sama dengan sumber tenaga, contohnya dari alam sekitar, ini menghasilkan gelung maklum balas yang menghasilkan perubahan dinamik dalam landskap bertenaga, yang dieksploitasi dalam biologi untuk meningkatkan dan mengemudi tindak balas kimia dengan cara yang tidak boleh dilakukan oleh kimia tabung uji. Cita-cita kami adalah untuk dapat mereka bentuk fungsi sedemikian dengan mengawal interaksi asas pada skala atom dan molekul.

Dalam pengertian ini, Kawasan C boleh difahami sebagai lanjutan semula jadi bagi Kawasan A dan B, di mana kita berada pada peralihan daripada rejim fizik kuantum banyak badan yang koheren kepada penerangan klasik, yang terus mewakili cabaran utama untuk teori yang sesuai. penerangan.

Metodologi yang dibangunkan di sini akan menjadi semakin penting kepada kluster apabila penguasaan jirim kami berkembang dengan peningkatan kerumitan dan kepelbagaian sistem di Kawasan A dan Kawasan B.

Semua pelajar PhD secara automatik adalah ahli sekolah siswazah dan menikmati banyak kelebihannya. Ini termasuk bukan sahaja kursus intensif tetapi juga kemungkinan untuk memohon dana, untuk melawat persidangan dan bengkel atau mengadakan lawatan kerjasama ke institut terkenal.

Pelajar boleh menganjurkan sekolah mereka sendiri menggunakan dana kluster dan mendapat keuntungan daripada pelbagai aktiviti dan acara pelajar. Latihan disediakan berkenaan dengan kerja penyelidikan yang sepadan dan juga berkenaan dengan kemahiran peribadi dan profesional.

Colloquia dan program tetamu kaya pakar terkemuka antarabangsa melengkapkan bukan sahaja program pendidikan dan latihan tetapi juga menawarkan khususnya peluang unik untuk mengetahui tentang perkembangan terkini dalam bidang yang sepadan secara langsung.