University of Hamburg

Σύμπλεγμα Αριστείας Μεταπτυχιακών Σχολείων ‚CUI: Προηγμένη απεικόνιση της ύλης

Προσφέρουμε συνεχώς διδακτορικές και μεταδιδακτορικές θέσεις στους ακόλουθους βασικούς τομείς και προσκαλούμε υποψηφίους με υψηλά προσόντα και κίνητρα να υποβάλουν αίτηση. Οι περισσότερες θέσεις θα παραμείνουν ανοιχτές μέχρι να καλυφθούν. Για περισσότερες πληροφορίες επικοινωνήστε με τον αντίστοιχο επόπτη:

• Α: Σχεδιασμός δυναμικής ανάδυσης στην κβαντική ύλη
• Β: Καταγραφή της αναδυόμενης χημείας
• Γ: Διερεύνηση της εμφάνισης σε ετερογενή συστήματα

Α: Σχεδιασμός δυναμικής ανάδυσης στην κβαντική ύλη

Η έρευνα στην Περιοχή Α επικεντρώνεται σε κβαντικά συστήματα που μπορούν να ελεγχθούν εξαιρετικά καλά: κβαντικά αέρια και στερεά. Εδώ, στοχεύουμε να κατανοήσουμε και να ελέγξουμε νέες λειτουργίες που αναδύονται σε συνθήκες μη ισορροπίας ή σε εξαιρετικά προσαρμοσμένες ρυθμίσεις ισορροπίας, λειτουργίες που, μέχρι στιγμής, δεν υπάρχουν σε συνθήκες περιβάλλοντος.

Ειδικότερα, οι ερευνητικές ομάδες θα απαντήσουν στα ακόλουθα ερωτήματα:

• Πώς μπορούμε να αυξήσουμε την κρίσιμη θερμοκρασία υπεραγωγών που δεν βρίσκονται σε ισορροπία χρησιμοποιώντας οπτική ή ηλεκτρονική οδήγηση;
• Πώς μπορούμε να δημιουργήσουμε, να κατανοήσουμε και να ελέγξουμε νέες κατηγορίες συστημάτων αλληλεπίδρασης με την τοπολογία;
• Πώς μπορούμε να συναρμολογήσουμε συστήματα πολλών σωμάτων, άτομο προς άτομο, για να επιτύχουμε ιδιαίτερα ισχυρές μαγνητικές ή υπεραγώγιμες καταστάσεις πολλών σωμάτων;
• Τι μπορούμε να κερδίσουμε όταν αξιοποιούμε το μη κλασικό φως για να προετοιμάσουμε και να ελέγξουμε τις συλλογικές ιδιότητες της ύλης;

Μια κοινή πτυχή όλων των ερευνητικών έργων στην Περιοχή Α είναι ότι αυτά τα ερωτήματα αντιμετωπίζονται σε στενή συνεργασία μεταξύ πειραμάτων σε μακροσκοπικά στερεά και συστήματα που μοιάζουν με μοντέλα, όπως κβαντικοί προσομοιωτές αερίων και σειρές μαγνητικών ατόμων σε επιφάνειες. Βασιζόμενοι σε αυτόν τον συνδυασμό θα αντιμετωπίσουμε και θα κατανοήσουμε θεμελιώδη κβαντικά φαινόμενα που θα αποκαλύψουν τις κατευθυντήριες αρχές που χρειάζονται οι άλλες περιοχές. Εδώ μπορούμε να δώσουμε ιδιαίτερη προσοχή στους ηλεκτρονικούς βαθμούς ελευθερίας αφού η κρυσταλλική τάξη καταστέλλει τις πυρηνικές ανακατατάξεις.

Ο πλήρης κβαντικός έλεγχος επί μεμονωμένων ατόμων θα επιτευχθεί με χρήση σήραγγας σάρωσης ή μικροσκοπίας κβαντικού αερίου, ενώ η πλήρης κβαντική φύση του φωτός θα αξιοποιηθεί σε πειράματα με μη κλασικό φως και ισχυρή σύζευξη φωτός-ύλης.

Η περιοχή Α αποτελεί παράδειγμα του υψηλού βαθμού ελέγχου που θέλουμε τελικά να επιτύχουμε στα πιο σύνθετα δομικά στοιχεία που μελετήθηκαν στις Περιοχές Β και Γ.

Β: Καταγραφή της αναδυόμενης χημείας

Η ερευνητική περιοχή Β στοχεύει μόρια μικρού έως μεσαίου μεγέθους τα οποία, παρά τον περιορισμένο αριθμό ατομικών συστατικών τους, διαθέτουν ήδη μεγάλο αριθμό βαθμών ελευθερίας. Η αναδυόμενη συμπεριφορά σε αυτά τα συστήματα προκύπτει μέσω μιας στενής σύζευξης μεταξύ του ηλεκτρονικού και του πυρηνικού υποσυστήματος και μπορεί να προωθηθεί περαιτέρω μέσω της αλληλεπίδρασης με ένα περιβάλλον διαλύτη ή επιφάνειας.

Σε αυτόν τον τομέα οι ερευνητικές ομάδες θα αντιμετωπίσουν τα ακόλουθα κεντρικά ερωτήματα:

• Ποιοι είναι οι βασικοί αναδυόμενοι βαθμοί ελευθερίας που κρύβονται πίσω από τις χημικές αντιδράσεις;
• Πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το φως για να επιβάλουμε ένα επιθυμητό Pathway χημικής αντίδρασης;
• Μπορούμε να προβλέψουμε, να αναγνωρίσουμε και να ελέγξουμε νέες συλλογικές καταστάσεις χρησιμοποιώντας ισχυρή σύζευξη φωτός-ύλης; Μπορούμε στη συνέχεια να προσαρμόσουμε τις χημικές διεργασίες ή τις μεταπτώσεις φάσης χρησιμοποιώντας φωτόνια;

Σε σύγκριση με την περιοχή Α, η πολυπλοκότητα αυξάνεται στην περιοχή Β λόγω του γεγονότος ότι σε χημικά αντιδραστικές διεργασίες, οι ατομικές θέσεις δεν είναι σχεδόν αρμονικά περιορισμένες. η μεταφραστική περιοδικότητα έχει σπάσει. Η εμφάνιση στη χημεία βασίζεται στην προκύπτουσα δυναμική αλληλεπίδραση ηλεκτρονικών και πυρηνικών κινήσεων, η οποία δημιουργεί συλλογικούς βαθμούς ελευθερίας που αποτελούν τη βάση των χημικών αντιδράσεων.

Προκειμένου να προσδιορίσουμε και να χαρακτηρίσουμε τις δυναμικές Pathways που ακολουθούνται από τους βασικούς αναδυόμενους βαθμούς ελευθερίας, θα χρησιμοποιήσουμε ισχυρές τεχνικές σκέδασης ακτίνων Χ και ηλεκτρονίων και φασματοσκοπίας, σε στενή σύνδεση με τη θεωρία. Οι πληροφορίες που θα προκύψουν θα παρέχουν κρίσιμες ενδείξεις για την ανάπτυξη αποτελεσματικών στρατηγικών οπτικού ελέγχου για την καθοδήγηση χημικών αντιδράσεων.

Η επίτευξη αυτού του ονείρου της χημείας καθοδήγησης θα έχει προεκτάσεις και για τις περιοχές Α και Γ, όπου τελικά στοχεύουμε να αποκτήσουμε οπτικό έλεγχο σε διαδικασίες τόσο διαφορετικές όπως η διαμόρφωση πρωτεϊνών και η λειτουργία ή οι ανταγωνιστικές φάσεις στα στερεά.

Γ: Διερεύνηση της εμφάνισης σε ετερογενή συστήματα

Τα ερευνητικά αντικείμενα της Περιοχής Γ, βιολογικά μακρομόρια και τεχνητές νανοδομές, είναι τυπικοί εκπρόσωποι του επόμενου ιεραρχικού επιπέδου λειτουργικότητας σε σύγκριση με μεσαίου μεγέθους μόρια και χύδην στερεά. Ο μακροπρόθεσμος στόχος μας είναι να επιτύχουμε παρόμοιο βαθμό κατανόησης και ελέγχου όπως στις περιοχές Α και Β των διαδικασιών που οδηγούν στην εμφάνιση λειτουργικότητας π.χ. σε μια πρωτεΐνη ή έναν αποτελεσματικό φωτοκαταλύτη.

Οι ερευνητικές ομάδες θα απαντήσουν στα ακόλουθα συγκεκριμένα ερωτήματα:

• Ποιος είναι ο ρόλος της δυναμικής και της ετερογένειας στη μακρομοριακή λειτουργία;
• Πώς ο σχηματισμός δομής στη νανοκλίμακα οδηγεί σε αναδυόμενη λειτουργικότητα σε φυσικά και τεχνητά νανοϋλικά;
• Πώς προκύπτει η μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ χωρισμένων κβαντικών συστημάτων νανοκλίμακας;

Αυτά τα ερωτήματα καλύπτονται φυσικά από τη νέα κατανόηση της χημείας στην Περιοχή Β και τη σημασία της τοπολογίας και των καινοτόμων μεθόδων ελέγχου στην Περιοχή Α, που πρέπει να συνδυαστούν με την ανάπτυξη νέων δυνατοτήτων απεικόνισης της δυναμικής διαμόρφωσης σε ατομική κλίμακα.

Είναι στην περιοχή C όπου χρησιμοποιούμε την επανάσταση XFEL στο μέγιστο βαθμό, σε ορισμένες περιπτώσεις εκμεταλλευόμενοι μη γραμμικά καθεστώτα που έχουν ανοίξει στην Περιοχή Α. Όλα τα έργα στην Περιοχή Γ απαιτούν επιπλέον νέες προσεγγίσεις για την προετοιμασία δειγμάτων και θεωρητικές περιγραφές σύνθετης ύλης που βγαίνει από την ισορροπία.

Στην περιοχή C, οι συζευγμένες διεργασίες σε πολλαπλές κλίμακες χρόνου και μήκους είναι απαραίτητες για την εμφάνιση της λειτουργικότητας. Για παράδειγμα, η σύζευξη ηλεκτρονικών κινήσεων σε μεμονωμένους πυρήνες εξαρτάται από τις διαμορφωτικές αλλαγές των μεγαλύτερων μοριακών ή νανοσωματιδιακών υποσυστημάτων. Μαζί με πηγές ενέργειας, για παράδειγμα από το περιβάλλον, αυτό έχει ως αποτέλεσμα βρόχους ανάδρασης που παράγουν δυναμικές αλλαγές στα ενεργειακά τοπία, οι οποίες αξιοποιούνται στη βιολογία για να ενισχύσουν σημαντικά και να κατευθύνουν τις χημικές αντιδράσεις με τρόπους που η χημεία των δοκιμαστικών σωλήνων δεν μπορεί. Φιλοδοξία μας είναι να μπορέσουμε να σχεδιάσουμε τέτοιες λειτουργίες ελέγχοντας βασικές αλληλεπιδράσεις σε ατομική και μοριακή κλίμακα.

Υπό αυτή την έννοια, η Περιοχή C μπορεί να γίνει κατανοητή ως μια φυσική επέκταση των Περιοχών Α και Β, όπου βρισκόμαστε στη μετάβαση από το καθεστώς της συνεκτικής κβαντικής φυσικής πολλών σωμάτων σε κλασικές περιγραφές, που συνεχίζει να αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόκληση για μια κατάλληλη θεωρητική περιγραφή.

Οι μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν εδώ θα γίνονται όλο και πιο σημαντικές για το σύμπλεγμα καθώς η γνώση μας για την ύλη αυξάνεται με την αύξηση της πολυπλοκότητας και της ετερογένειας των συστημάτων στην Περιοχή Α και στην Περιοχή Β.

Όλοι οι διδακτορικοί φοιτητές είναι αυτόματα μέλη του μεταπτυχιακού σχολείου και απολαμβάνουν τα πολλά πλεονεκτήματά του. Αυτό περιλαμβάνει όχι μόνο εντατικά μαθήματα αλλά και τη δυνατότητα υποβολής αίτησης για πόρους, προκειμένου να επισκεφθείτε συνέδρια και εργαστήρια ή να πραγματοποιήσετε συνεργατικές επισκέψεις σε διάσημα ινστιτούτα.

Οι μαθητές μπορούν να οργανώσουν τα δικά τους σχολεία χρησιμοποιώντας κονδύλια σε ομάδες και να επωφεληθούν από διάφορες μαθητικές δραστηριότητες και εκδηλώσεις. Παρέχεται εκπαίδευση τόσο σε σχέση με το αντίστοιχο ερευνητικό έργο όσο και σε ό,τι αφορά τις προσωπικές και επαγγελματικές δεξιότητες.

Τα συνέδρια και ένα πλούσιο πρόγραμμα προσκεκλημένων διεθνώς κορυφαίων εμπειρογνωμόνων συμπληρώνουν όχι μόνο το πρόγραμμα εκπαίδευσης και κατάρτισης, αλλά προσφέρουν επίσης τη μοναδική ευκαιρία να μάθετε από πρώτο χέρι για τις πιο πρόσφατες εξελίξεις στους αντίστοιχους τομείς.