Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD)


Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD)

Das Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) wurde durch Beschluss des Senates der Max-Planck-Gesellschaft am 23. November 2012 gegründet. Es ist Teil des Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) auf dem Forschungscampus Bahrenfeld, in welchem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des DESY, der Universität Hamburg und des MPIs gemeinsam forschen.

Derzeit umfasst das MPSD drei wissenschaftliche Abteilungen, mehrere unabhängige Nachwuchsgruppen mit eigenen Forschungsschwerpunkten sowie verschiedene Infrastrukturgruppen.

In der Abteilung Dynamik Kondensierter Materie unter Andrea Cavalleri wird die Dynamik von Festkörpern mittels zeitaufgelöster Messtechniken analysiert; Ziel ist letztlich die Kontrolle bestimmter Materialeigenschaften. Zur Untersuchung der strukturellen Dynamik von Elektronen, Spins und des Atomgitters in Quanten-Festkörpersystemen werden sowohl table-top als auch beschleunigerbasierte Lichtquellen vom TeraHertz- bis zum Röntgenbereich verwendet.

Die Abteilung Dynamik in Atomarer Auflösung von R.J. Dwayne Miller konzentriert sich vorrangig auf die Entwicklung von ultrahellen Elektronenquellen, mit deren Hilfe „Filme“ von Molekülinteraktionen und Strukturänderungen insbesondere in biologischen Systemen mit atomarer Auflösung aufgenommen werden können. Mehrdimensionale massenspektrometrische und spektroskopische Methoden  sollen zur Aufklärung der hochkomplexen Struktur-Funktion-Beziehungen beitragen.

Unter Angel Rubio werden in der Abteilung Theorie elektronische und strukturelle Eigenschaften von neuartigen Materialien, Nanostrukturen und von Biomolekülen mit theoretischen Methoden untersucht. Ein weiterer Fokus liegt auf der Entwicklung von neuen theoretischen Methoden und Computer-Codes zur Untersuchung und Kontrolle von elektronischen Systemen in beliebigen zeitabhängigen elektromagnetischen (quantisierten) Feldern. 

Am MPSD werden folgende ERC-Projekte koordiniert: 

SUREPIRL: Picosecond Infrared Laser for Scarfree Surgery with Preservation of the Tissue Structure and Recognition of Tissue Type and Boundaries (12/2012-11/2017)

Ist es möglich, mittels moderner Laserchirurgie praktisch narbenfrei zu operieren?

Gestartet an der Universität Hamburg, ist dieses Advanced Grant-Projekt aus dem 7. EU-Forschungsrahmenprogramm seit Januar 2014 am MPSD angesiedelt. Kooperationspartner ist seit Beginn das Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE). Das Gesamtbudget beträgt 2.499.600 € für eine Laufzeit von fünf Jahren.

Unter der Leitung von R. J. Dwayne Miller werden Picosekunden-Infrarot-Laser (PIRL) entwickelt, die bei Operationen das zu schneidende Material schlagartig verdampfen, so dass nahezu keine Schädigung des angrenzenden Gewebes erfolgt und somit die spätere Narbenbildung drastisch reduziert wird. Gemeinsam arbeiten die Gruppen des MPSD und des UKE an einem neuen Chirurgiekonzept, das deutlich präzisere Operationen erlaubt und gleichzeitig eine verbesserte ex-vivo- und in-vivo-Analyse des Gewebes z.B. auf Erkrankung hin. Die Forschungsarbeiten insbesondere im Bereich der Gewebeanalytik werden gemeinsam mit dem Heinrich-Pette-Institut (HPI) durchgeführt.

Im Rahmen des daran anknüpfenden Proof of Concept-Projektes CoPIRL (07/2015-12/2016) soll darüber hinaus eine kompaktere Version des PIRL-Lasers mit höherer Leistung und verbesserter Strahlqualität entwickelt werden. Die Wissenschaftler wollen das Konzept zur Marktfähigkeit führen, um kommerzielle chirurgische und biodiagnostische Anwendungen zu eröffnen.

www.surepirl.eu 

Q-MAC: Frontiers in Quantum Materials‘ Control (10/2013-09/2019)

Können neuartige Materialien elektrischen Strom sogar bei Zimmertemperatur verlustfrei leiten?

Q-MAC ist ein auf sechs Jahre angelegtes Synergy Grant-Projekt mit einem Gesamtbudget von 9.966.873 €, das im Rahmen des 7. EU-Forschungsrahmenprogrammes bewilligt wurde.

Gemeinsam mit den Gruppen von Antoine Georges (École Polytechnique / Collège de France / Universität Genf), Jean-Marc Triscone (Universität Genf) und Dieter Jaksch (Universität Oxford), arbeitet die Gruppe um Andrea Cavalleri an der Realisierung von Supraleitung bei höheren Temperaturen, als bisher erreicht wurden, möglicherweise sogar bis hin zur Zimmertemperatur.

Dies soll durch die Kontrolle geordneter Zustände in Materialien mit stark korrelierten Elektronen, auch "Quantenmaterialien" oder "komplexe Materialien“ genannt, mittels einer Kombination aus Materialdesign und kohärenten optischen Verfahren erreicht werden. Unterstützt werden diese Untersuchungen durch verschiedenartige theoretische Ansätze.

www.q-mac.eu 

ASTROROT (05/2015-04/2020)

Wie funktioniert eigentlich Chemie im Weltall?

Nachwuchsgruppenleiterin Melanie Schnell konnte im neuen EU-Forschungsrahmenprogramm HORIZON 2020 einen Starting Grant mit einem Gesamtbudget von 1.499.904 € für fünf Jahre einwerben. Im Rahmen ihres Projektes Unraveling interstellar chemistry with broadband microwave spectroscopy and next-generation telescope arrays wird sie mit ihrer Gruppe mittels einer Kombination von im Labor erzeugten Breitband-Mikrowellenspektroskopie-Daten und Beobachtungsdaten von Teleskopen der nächsten Generation chemische Prozesse im Universum erforschen. Ziel ist es u.a., neue Molekülklassen im All zu entdecken, die zu einem besseren Verständnis astrochemischer Vorgänge beitragen.

http://www.mpsd.mpg.de/140723/ERC-Starting-Grant-2014 

Darüber hinaus ist das MPSD Partner im European Centre of Excellence (CoE) For Novel Materials Discovery (NOMAD).

Verschiedenste Computercodes werden in zahlreichen High Performance Computing (HPC)-Zentren verwendet, um computergestützte atomistische Simulationen und Multi-Skalen-Modellierung in der Physik, Materialwissenschaft und Quantenchemie durchzuführen.

Gemeinsam mit zwölf Forschungsgruppen aus ganz Europa wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Gruppe um Angel Rubio die führenden Codes - riesige und heterogene Datenmengen - zusammenbringen und effizienter nutzbar machen. Darüber hinaus werden im Rahmen des CoE NOMAD neue leistungsstarke Programme entwickelt, mit deren Hilfe diese Daten gesucht, aufgefunden und gepflegt werden können.

Das CoE-Projekt NOMAD startete im November 2015 und ist auf 3 Jahre angelegt. Das Gesamtbudget beträgt 4.910.625 €, die Koordination hat Matthias Scheffler vom Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft inne.

http://nomad-lab.eu/ 

Ansprechpartner:

Dr. Diana Hoppe
Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie
Geb. 99 (CFEL), Luruper Chaussee 149
22761 Hamburg
E-Mail: Diana.Hoppe@mpsd.mpg.de