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SFB 652:  Starke Korrelationen und kollektive Phänomene im Strahlungsfeld: Coulombsysteme, Cluster und Partikel

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung von 2005 bis 2017
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5486320
 
Erstellungsjahr 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Wechselwirkung von Licht und Materie ist von unschätzbarer Wichtigkeit, um die Phänomene in der uns umgebenden Welt zu verstehen. Nicht zuletzt basiert das Leben an sich auf lichtsammelnden Molekülkomplexen. In den vergangenen Jahrzehnten ist es eindrucksvoll gelungen, wichtige Aspekte des komplexen Zusammenspiels von Teilchen und Feldern in der mikroskopischen Welt der Atome und Moleküle zu entschlüsseln und die damit verbundenen Korrelationen, kollektiven Effekte und Quantenphänomene aufzudecken. Das Forschungsprogramm des SFB 652 war übergreifend den Korrelationen im Strahlungsfeld gewidmet, denn ohne Korrelationen gäbe es nur nicht-wechselwirkende, effektive Einteilchenphysik, keine Kopplungen, keine Struktur, kein Leben. Durch die stetig fortschreitende technologische Entwicklung leistungsfähiger Strahlungsquellen können mittlerweile Prozesse direkt auf atomaren Längenskalen von 10^-10 Metern beobachtet und auf ultrakurzen Zeitskalen von 10^-15 Sekunden verfolgt werden. Wesentliche Innovationen der Physik waren erst durch die Entwicklung neuer Lichtquellen möglich. So sind Femtosekundenlaser die Voraussetzung für die Beobachtung ultraschneller Vorgänge und für die Erforschung der Physik bei hohen Feldstärken. Freie-Elektronen-Laser erlauben mit ihren intensiven Röntgenpulsen völlig neue Einblicke in die Struktur komplexer Moleküle und Aggregate sowie in inneratomare Prozesse und ihre Dynamik. Im SFB 652 wurden als typische Fallbeispiele für wechselwirkende Coulombsysteme Atome, Moleküle, Cluster, Tröpfchen, Nanoteilchen, molekulare Aggregate sowie Plasmen mit experimentellen und theoretischen Methoden in einem integrierten Forschungsansatz untersucht. Das Verhalten der Elektronen und Ionen sowie der durch Anregungen erzeugten Quasiteilchen ist oftmals hochgradig korreliert oder es kommt zur kollektiv verstärkten Antwort des Systems auf das einwirkende Strahlungsfeld, wie beispielsweise bei Kondensaten, in denen alle Teilchen den gleichen Quantenzustand einnehmen. Solch kollektive Effekte und Korrelationen aufzudecken, zur Untersuchung des Systems zu nutzen und mit dem Strahlungsfeld zu steuern waren die zentralen Ziele des SFB. Dazu wurden neuartige Experimentiertechniken, z.B. die aktive Pulsformkontrolle oder die Röntgen-Thomson-Streuung, angewendet, die Quantennatur und Verschränkung des Lichtfeldes über Methoden der Quantenoptik charakterisiert und experimentell vermessen, das Methodenspektrum der Vielteilchentheorie erweitert sowie neue Simulationstechniken implementiert. Cluster, als kleinste Partikel bestehend aus einer definierten Anzahl von Atomen, dienten als Nanolabore für das Studium von Materie in extremen Lichtfeldern. Durch Streuung von kurzwelliger Strahlung konnten im Einzelschuss einzelne Cluster „fotografiert“ werden. Nichtideale Plasmen, als stark korrelierte Coulombsysteme, wurden am Beispiel der warmen dichten Materie untersucht, wie sie im Inneren von großen Planeten vorkommt. Exzitonen entstehen bei Lichtabsorption in Kristallen oder molekularen Systemen; ihr Verhalten entscheidet über die Funktion optoelektronischer Bauelemente. Mesoskopische Quantenobjekte wie mikrometergroße Rydberg-Exzitonen wurden experimentell nachgewiesen und theoretisch beschrieben. Der Transport von Exzitonen durch molekulare Aggregate wurde vermessen und simuliert. Das Forschungsprogramm wurde in enger Kooperation zwischen Experiment und Theorie projektübergreifend durchgeführt. Durch zahlreiche Kooperationen, Publikationen und federführend organisierte Konferenzen war der SFB international stark sichtbar und hat zur Profilbildung des Wissenschaftsstandorts Rostock substanziell beigetragen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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