EXC 2056:  CUI: Advanced Imaging of Matter

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Grundlagen der Biologie und Medizin ; Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2019
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• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390715994

"Mehr ist anders". Diese berühmte Aussage des Nobelpreisträgers P.W. Anderson umreißt eine der größten und aufregendsten Herausforderungen heutiger Wissenschaft: Zu verstehen, wie kollektives Verhalten und Funktionalität aus dem Zusammenspiel vieler miteinander wechselwirkender Bausteine entsteht. Das zentrale Ziel dieses Vorhabens besteht darin, emergentes Verhalten der Materie nicht nur zu verstehen, sondern dynamisch neue Funktionalitäten zu schaffen.Eine unserer Visionen ist es, transiente Supraleitung mit Licht bei Raumtemperatur zu stabilisieren. Eine nicht weniger weitreichende Vision will die stark korrelierten Bewegungen von Elektronen und Kernen studieren und ihren "Tanz" kontrollieren, der dem Geheimnis der Chemie zugrunde liegt. Können wir womöglich Proteinen bei der Arbeit zusehen, während sie ihre Aufgaben in der Maschinerie des Lebens ausführen, und können wir mit Licht sogar ihre Funktion steuern? Diesen Beispielen ist gemeinsam, dass die Funktionalität aus einem Nichtgleichgewichtszustand entsteht: Die Natur ist nicht statisch!Emergenz von Funktionalität im Nichtgleichgewicht zu verstehen und zu kontrollieren ist das übergreifende Thema dieses Clusters. Für dessen Erfolg ist es entscheidend, die Dynamik komplexer physikalischer und chemischer Systeme abbilden zu können, und zwar in Echtzeit und auf der atomaren Skala.Wir werden die Dynamik von komplexen Systemen mit skalenübergreifenden Konzepten und Methoden ergründen, die kleine wohl-kontrollierte Quantensysteme wie Moleküle mit Systemen zunehmender Größe und Komplexität wie Festkörper- und Nanosysteme verknüpfen. Unser Cluster vereint die hierfür notwendige kritische Masse an hervorragenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Hamburg mit den neuartigen Methoden, die wir in den letzten Jahren hier entwickelt haben, um Materie auf der Skala von Ångström und Femtosekunden charakterisieren zu können. Alle Mitglieder des beantragten Clusters verpflichten sich der Förderung junger Forscherinnen und Forscher und der Gleichstellung und tragen dazu bei, Beruf und Familie in noch besseren Einklang zu bringen. Als zentrale strategische Maßnahme werden wir mehr als 80 % der beantragten Mittel für Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern und deren Förderung einsetzen, um sie zur nächsten Generation interdisziplinär arbeitender Forscherinnen und Forscher in diesem neuen Wissenschaftsgebiet auszubilden. Sie erhalten in Hamburgs einzigartigem Forschungsumfeld Zugang zu einer beispiellosen Konstellation von Lichtquellen und Instrumenten für die Abbildung und Manipulation von Materie auf atomarer Skala. Ein eingespieltes Team von erfahrenen Forscherinnen und Forschern der Universität Hamburg, des Helmholtz-Zentrums DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der European XFEL GmbH wird sie darin unterstützen. Hamburg wird in eine exzellente Lage versetzt, das Kleine und Schnelle zu erforschen, um das Große und Komplexe zu verstehen und zu kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Exzellenzcluster (ExStra)
• Antragstellende Institution: Universität Hamburg
• Beteiligte Institution: Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY); European X-Ray Free-Electron Laser Facility (XFEL); Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD)
• Sprecher: Professor Dr. Henry N. Chapman, Ph.D.; Professor Dr. Klaus Sengstock; Professor Dr. Horst Weller
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Dr. Sasa Bajt; Professor Dr. Gabriel Bester; Professor Dr. Christian Betzel; Professor Dr. Christian Bressler; Professorin Dr. Francesca Calegari; Professor Dr. Andrea Cavalleri; Professor Dr. Markus Drescher; Professor Dr. Gerhard Grübel; Professorin Dr. Carmen Herrmann; Professor Dr.-Ing. Franz Xaver Kärtner; Professor Dr. Jochen Küpper; Professor Dr. Alexander Lichtenstein; Professor Dr. R.J. Dwayne Miller; Professor Dr. Wolfgang Parak; Professorin Dr. Arwen Pearson; Professorin Dr. Nina Rohringer; Professor Dr. Angel Rubio; Professor Dr. Robin Santra; Professor Dr. Peter Schmelcher; Professor Dr. Roman Schnabel; Professor Dr. Roland Wiesendanger; Professor Dr. Wilfried Wurth (†)