Nhóm trường sau đại học xuất sắc ‚CUI: Hình ảnh nâng cao về vật chất

Chúng tôi liên tục cung cấp các vị trí Tiến sĩ và Postdoc trong các lĩnh vực cốt lõi sau và chúng tôi mời các ứng viên có trình độ cao và có động lực nộp đơn. Hầu hết các vị trí sẽ vẫn mở cho đến khi được lấp đầy. Để biết thêm thông tin liên hệ với người giám sát tương ứng:

• A: Thiết kế sự xuất hiện động trong vật chất lượng tử
• B: Nắm bắt hóa học mới nổi
• C: Khám phá sự xuất hiện trong các hệ thống không đồng nhất

A: Thiết kế sự xuất hiện động trong vật chất lượng tử

Nghiên cứu trong Lĩnh vực A tập trung vào các hệ lượng tử có thể được kiểm soát đặc biệt tốt: chất khí và chất rắn lượng tử. Ở đây, chúng tôi mong muốn hiểu và kiểm soát các chức năng mới xuất hiện trong trạng thái không cân bằng hoặc trong các cài đặt cân bằng được điều chỉnh một cách tinh xảo, các chức năng mà cho đến nay, không tồn tại trong điều kiện môi trường xung quanh.

Cụ thể, các nhóm nghiên cứu sẽ giải quyết các câu hỏi sau:

• Làm thế nào chúng ta có thể tăng nhiệt độ tới hạn của chất siêu dẫn không cân bằng bằng cách sử dụng truyền động quang học hoặc điện tử?
• Làm cách nào chúng ta có thể tạo, hiểu và kiểm soát các lớp hệ thống tương tác mới với cấu trúc liên kết?
• Làm thế nào chúng ta có thể lắp ráp các hệ thống nhiều vật thể, từng nguyên tử một, để đạt được trạng thái nhiều vật thể hoặc từ trường siêu dẫn đặc biệt mạnh?
• Chúng ta có thể đạt được gì khi khai thác ánh sáng phi cổ điển để chuẩn bị và kiểm soát các đặc tính chung của vật chất?

Một khía cạnh chung của tất cả các dự án nghiên cứu trong Khu vực A là những câu hỏi này được giải quyết với sự cộng tác chặt chẽ giữa các thí nghiệm trong chất rắn vĩ mô và các hệ thống giống như mô hình, chẳng hạn như mô phỏng khí lượng tử và mảng nguyên tử từ tính trên bề mặt. Dựa trên sự kết hợp này, chúng ta sẽ giải quyết và hiểu các hiện tượng lượng tử cơ bản sẽ tiết lộ các nguyên tắc hướng dẫn cần thiết cho các lĩnh vực khác. Ở đây chúng ta có thể đặc biệt chú ý đến bậc tự do điện tử vì trật tự tinh thể ngăn chặn sự sắp xếp lại hạt nhân.

Việc kiểm soát lượng tử hoàn toàn đối với từng nguyên tử sẽ đạt được bằng cách sử dụng kính hiển vi quét đường hầm hoặc kính hiển vi khí lượng tử, trong khi bản chất lượng tử đầy đủ của ánh sáng sẽ được khai thác trong các thí nghiệm với ánh sáng phi cổ điển và sự ghép cặp vật chất ánh sáng mạnh.

Lĩnh vực A minh họa cho mức độ kiểm soát cao mà cuối cùng chúng ta muốn đạt được đối với các khối xây dựng phức tạp hơn được nghiên cứu ở Lĩnh vực B và C.

B: Nắm bắt hóa học mới nổi

Lĩnh vực nghiên cứu B nhắm vào các phân tử có kích thước từ nhỏ đến trung bình, mặc dù có số lượng thành phần nguyên tử hạn chế nhưng đã có số bậc tự do lớn. Hành vi mới nổi trong các hệ thống này phát sinh thông qua sự kết hợp chặt chẽ giữa các hệ thống con điện tử và hạt nhân, và có thể được thúc đẩy hơn nữa thông qua tương tác với môi trường dung môi hoặc bề mặt.

Trong lĩnh vực này, các nhóm nghiên cứu sẽ giải quyết các câu hỏi trọng tâm sau:

• Mức độ tự do nổi bật chính của các phản ứng hóa học là gì?
• Làm thế nào chúng ta có thể sử dụng ánh sáng để thực hiện Pathway phản ứng hóa học mong muốn?
• Chúng ta có thể dự đoán, xác định và kiểm soát các trạng thái tập thể mới bằng cách sử dụng khả năng ghép vật chất ánh sáng mạnh không? Sau đó chúng ta có thể điều chỉnh các quá trình hóa học hoặc chuyển pha bằng cách sử dụng photon không?

So với Khu vực A, độ phức tạp ở Khu vực B tăng lên do thực tế là trong các quá trình phản ứng hóa học, các vị trí nguyên tử không bị giới hạn gần như hài hòa; tính tuần hoàn tịnh tiến bị phá vỡ. Sự xuất hiện trong hóa học dựa trên sự tương tác động lực của các chuyển động điện tử và hạt nhân, làm phát sinh các bậc tự do tập thể làm nền tảng cho các phản ứng hóa học.

Để xác định và mô tả Pathways động được thực hiện bởi các bậc tự do mới xuất hiện chính, chúng tôi sẽ sử dụng các kỹ thuật quang phổ và tán xạ tia X và điện tử mạnh mẽ, có mối liên hệ chặt chẽ với lý thuyết. Những hiểu biết sâu sắc thu được sẽ cung cấp manh mối quan trọng cho việc phát triển các chiến lược kiểm soát quang học hiệu quả để điều khiển các phản ứng hóa học.

Việc đạt được ước mơ về hóa học định hướng này sẽ có sự phân nhánh cho cả Khu vực A và C, nơi cuối cùng chúng tôi hướng tới việc giành được quyền kiểm soát quang học đối với các quá trình đa dạng như cấu trúc và chức năng của protein hoặc các pha cạnh tranh trong chất rắn.

C: Khám phá sự xuất hiện trong các hệ thống không đồng nhất

Đối tượng nghiên cứu của Khu C, các đại phân tử sinh học và cấu trúc nano nhân tạo, là những đại diện điển hình của cấp độ chức năng phân cấp tiếp theo khi so sánh với các phân tử cỡ trung bình và chất rắn khối. Mục tiêu lâu dài của chúng tôi là đạt được mức độ hiểu biết và kiểm soát tương tự như trong Lĩnh vực A và B của các quy trình dẫn đến sự xuất hiện của chức năng, ví dụ như protein hoặc chất xúc tác quang hiệu quả.

Các nhóm nghiên cứu sẽ giải quyết các câu hỏi cụ thể sau:

• Vai trò của động lực học và tính không đồng nhất trong chức năng phân tử là gì?
• Làm thế nào sự hình thành cấu trúc ở cấp độ nano dẫn đến chức năng nổi bật trong vật liệu nano tự nhiên và nhân tạo?
• Làm thế nào sự vận chuyển điện tử xuất hiện giữa các hệ lượng tử có kích thước nano riêng biệt?

Những câu hỏi này được thông báo một cách tự nhiên bởi sự hiểu biết mới về hóa học trong Khu vực B cũng như tầm quan trọng của cấu trúc liên kết và các phương pháp kiểm soát mới trong Khu vực A, phải được kết hợp với sự phát triển các khả năng mới để hình dung động lực học hình dạng ở quy mô nguyên tử.

Chính tại Khu vực C, nơi chúng tôi tận dụng cuộc cách mạng XFEL ở mức độ lớn nhất, trong một số trường hợp bằng cách tận dụng các chế độ phi tuyến tính được mở ra ở Khu vực A. Tất cả các dự án ở Khu vực C cũng yêu cầu các phương pháp tiếp cận mới để chuẩn bị mẫu và mô tả lý thuyết của vật chất phức tạp bị đẩy ra khỏi trạng thái cân bằng.

Trong Khu vực C, các quy trình kết hợp trên nhiều thang thời gian và độ dài là điều cần thiết cho sự xuất hiện của chức năng. Ví dụ, sự kết hợp của các chuyển động điện tử với các hạt nhân riêng lẻ phụ thuộc vào sự thay đổi về hình dạng của các hệ thống con phân tử hoặc hạt nano lớn hơn. Cùng với các nguồn năng lượng, chẳng hạn như từ môi trường, điều này dẫn đến các vòng phản hồi tạo ra những thay đổi năng động trong cảnh quan năng lượng, được khai thác trong sinh học để tăng cường và điều khiển đáng kể các phản ứng hóa học theo cách mà hóa học trong ống nghiệm không thể làm được. Tham vọng của chúng tôi là có thể thiết kế những chức năng như vậy bằng cách kiểm soát các tương tác cơ bản ở quy mô nguyên tử và phân tử.

Theo nghĩa này, Khu vực C có thể được hiểu là phần mở rộng tự nhiên của Khu vực A và B, nơi chúng ta đang chuyển đổi từ chế độ vật lý lượng tử nhiều vật thể mạch lạc sang các mô tả cổ điển, điều này tiếp tục đại diện cho một thách thức lớn đối với một lý thuyết phù hợp. Sự miêu tả.

Các phương pháp được phát triển ở đây sẽ ngày càng trở nên quan trọng đối với cụm khi quyền kiểm soát vật chất của chúng ta tăng lên cùng với sự gia tăng về độ phức tạp và tính không đồng nhất của các hệ thống trong Khu vực A và Khu vực B.

Tất cả các nghiên cứu sinh tiến sĩ đều tự động là thành viên của trường sau đại học và được hưởng nhiều lợi ích của trường. Điều này không chỉ bao gồm các khóa học chuyên sâu mà còn có khả năng đăng ký tài trợ để tham dự các hội nghị và hội thảo hoặc tham gia các chuyến thăm hợp tác tới các viện nghiên cứu nổi tiếng.

Học sinh có thể tổ chức trường học của riêng mình bằng cách sử dụng quỹ cụm và thu lợi nhuận từ các hoạt động và sự kiện khác nhau của học sinh. Đào tạo được cung cấp cả về công việc nghiên cứu tương ứng và cả về kỹ năng cá nhân và chuyên môn.

Colloquia và chương trình khách mời phong phú gồm các chuyên gia hàng đầu quốc tế không chỉ bổ sung cho chương trình giáo dục và đào tạo mà còn mang đến cơ hội đặc biệt để tìm hiểu trực tiếp về những phát triển gần đây nhất trong các lĩnh vực tương ứng.