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CH: Empa Young Scientist Fellowship: Jungforscherin bringt Quanten-Moleküle zum Leuchten

Empa-Forscherin Eve Ammerman am Rastertunnelmikroskop. Bild: Empa
Empa-Forscherin Eve Ammerman am Rastertunnelmikroskop. Bild: Empa

DMZ – WISSENSCHAFT ¦ MM ¦ AA ¦ Empa-Forscherin Eve Ammerman am Rastertunnelmikroskop. Bild: Empa

 

Dübendorf, St. Gallen und Thun – Die Forschung an Quantentechnologien schreitet stetig voran, doch die Integration in bestehende technische Systeme bleibt eine Herausforderung. Eve Ammerman, Physikerin an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), hat es sich zur Aufgabe gemacht, diesen Spagat zu meistern. Mithilfe von Licht will sie Quanten-Moleküle sichtbarer machen und so eine Brücke zwischen der Quantenwelt und klassischen Technologien schlagen. Ihr innovatives Forschungsprojekt wird mit einem zweijährigen "Empa Young Scientist Fellowship" gefördert.

 

Ein vielversprechender Ansatz für die Quantenforschung

Quantentechnologien gelten als zukunftsweisend – sie könnten komplexe Probleme in Wissenschaft, Medizin und Kommunikation revolutionieren. Doch bis sie in breitem Umfang einsatzfähig sind, müssen sie deutlich stabiler und praxistauglicher werden. Viele Quanteneffekte treten erst im Nanobereich auf, weshalb Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit einzelnen Molekülen arbeiten, um diese Effekte gezielt zu untersuchen.

 

Ein besonders vielversprechender Ansatz ist die Nutzung sogenannter "Designermoleküle". Diese winzigen Strukturen lassen sich gezielt anpassen, um bestimmte quantenphysikalische Eigenschaften nutzbar zu machen. Doch der Umgang mit ihnen ist eine echte Herausforderung, wie Ammerman aus eigener Erfahrung weiß.

 

Seit zwei Jahren forscht sie im Empa-Labor "nanotech@surfaces" unter der Leitung von Roman Fasel. Hier stehen Nano-Graphene im Mittelpunkt – winzige Kohlenstoffstrukturen mit besonderen quantenphysikalischen Eigenschaften. Besonders interessant sind dabei Moleküle, die einen sogenannten Spin besitzen, eine quantenmechanische Form des Magnetismus. Dieser könnte eines Tages die Basis für Qubits bilden, die fundamentale Einheit in Quantencomputern. Doch um diese Spinn-Zustände für praktische Anwendungen nutzbar zu machen, müssen sie mit anderen Komponenten kombiniert werden, die für Datenfluss sorgen.

 

Kommunikation mit Licht: Ein neuer Weg

Wie aber kann ein Nanometer großes Graphen-Stückchen in ein System eingebunden werden, ohne es zu zerstören? "Das Molekül ist so winzig, dass selbst kleinste Eingriffe seine empfindlichen Quantenzustände stören könnten", erklärt Ammerman.

 

Ihr innovativer Ansatz: die Kopplung der Nano-Graphenmoleküle mit einem Chromophor – einem Molekül, das Licht ausstrahlt. Verändert sich der Spin des Nano-Graphens, beeinflusst dies das ausgestrahlte Licht des Chromophors. Diese Änderung kann dann kontaktlos gemessen werden.

 

"Mit dieser Methode wollen wir eine Schnittstelle schaffen, die Quantensysteme mit klassischer Lichttechnologie verbindet", so Ammerman.

 

Ein Forschungsprojekt mit viel Potenzial

Die Wissenschaftlerin steht jedoch vor einigen Herausforderungen: Wie müssen die Moleküle beschaffen sein, damit sie miteinander interagieren, ohne sich gegenseitig zu stören? Und wie lassen sich die Ergebnisse präzise messen?

 

"Obwohl es bereits zahlreiche Studien zu Nano-Graphen und lichtausstrahlenden Moleküle gibt, fehlt uns bislang das Verständnis dafür, was genau passiert, wenn man sie kombiniert", sagt sie. In den kommenden zwei Jahren will sie diese Wissenslücke schließen und eine molekulare Einheit entwickeln, die als funktionale quantenmechanische Komponente genutzt werden kann. Solche Bausteine könnten künftige Quantensysteme mit bestehenden Glasfaser-Technologien verknüpfen und neue Anwendungsmöglichkeiten erschließen.

 

"Die Arbeit an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und praktischer Anwendung fasziniert mich", sagt Ammerman.

 

Nachwuchsförderung an der Empa

Das "Empa Young Scientist Fellowship" unterstützt herausragende junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, indem es ihnen ermöglicht, zwei Jahre lang ein eigenes Forschungsprojekt durchzuführen. Die Stipendien werden in einem kompetitiven Auswahlverfahren vergeben und sollen Talente fördern, die das Potenzial haben, bahnbrechende wissenschaftliche Entdeckungen zu machen.

 

 

Herausgeber

Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

http://www.empa.ch 


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