Prof. Dr. Francesca Calegari – Horizon 2020 ERC StG: STARLIGHT

Francesca Calegari – die Rolle der Elektronendynamik in der Photochemie von Biomolekülen

Eine der Herausforderungen der Wissenschaft ist es, die chemische Herkunft von Mutationen zu verstehen, die durch DNA-Schäden induziert wurden. Setzt man sich ultraviolettem (UV-) Licht aus, begünstigt das die Fehlkodierung der DNA-Sequenz, ein Prozess, der zu tödlichen Mutationen und Hautkrebs führen kann. Diese Mutationen haben ihren Ursprung auf molekularer Ebene: So stellten die Forscher fest, dass die Wechselwirkung der biomolekularen Bausteine mit Licht zu einer strukturellen Änderung führt. Allerdings ist die Rolle der durch das Licht aktivierten Elektronendynamik noch nicht verstanden.

Das Hauptziel von STARLIGHT ist es, die Rolle der elektronischen Bewegung in der UV-induzierten Photochemie und Photobiologie von Biomolekülen wie DNA aufzudecken. Da sich Elektronen extrem schnell bewegen, müssen dafür Lichtimpulse mit einer Dauer von nur wenigen hundert Attosekunden (Milliardstel Milliardstel Sekunden) verwendet werden, um ihre Dynamik „erfassen“ zu können. 

Francesca Calegaris Gruppe bei DESY konzentriert sich auf die Entwicklung einer innovativen Attosekunden-Technologie, die für diese Anwendung verwendet werden soll. Diese Technologie ermöglicht auch die kohärente Steuerung der Elektronendynamik durch die Anpassung der Laserfelder. Eine vollständige Kontrolle der Elektronendynamik wird voraussichtlich die Möglichkeit bieten, den Ablauf einer UV-induzierten chemischen Reaktion zu verändern und letztlich die Kontrolle über die biologischen Prozesse zu ermöglichen.

Die interdisziplinäre Forschung umfasst eine Reihe von Fachgebieten wie Molekularphysik, Quantenphysik, physikalische Chemie, Biologie und Quantenelektronik mit einem starken Einfluss der Photochemie und Photobiologie. Die Möglichkeit, die elektronische Bewegung an molekularen Knotenpunkten zu manipulieren, könnte auch eine große Auswirkung auf die Quantenelektronik und das Quantencomputing für eine zukünftige Erzeugung von ultraschnellen Schaltern haben.

Kurzer Lebenslauf

Francesca Calegari promovierte im Jahr 2009 am Politecnico di Milano (Mailand, Italien). Nach ihrer Postdoc-Zeit war sie von 2011 bis 2016 Mitarbeiterin am Institut für Photonik und Nanotechnologien CNR-IFN und außerordentliche Professorin für Physik am Politecnico di Milano. Im Jahr 2014 war sie Gastwissenschaftlerin am MPSD in Hamburg, und im selben Jahr erhielt sie einen ERC Starting Grant, um die Rolle der Elektronendynamik in der Photochemie von Biomolekülen zu untersuchen. 2015 wurde ihr von der European Optical Society (EOS) eine „Auszeichnung für junge Frauen in der Photonik“ verliehen. Seit 2016 ist sie ordentliche Professorin für Physik an der Universität Hamburg und Leitende Wissenschaftlerin am Deutschen Elektronen-Synchrotron ernannt worden, wo sie den Bereich Attosecond Science leitet. Der Schwerpunkt ihrer Forschung liegt darin, die Elektronendynamik in Systemen mit zunehmender Komplexität von einfachen Molekülen zu Molekülen mit biologischem Interesse und nanostrukturierten Materialien in Echtzeit zu verfolgen und idealerweise zu kontrollieren. 

Horizon 2020 ERC StG: STARLIGHT - Elektronische Dynamik in Biomolekülen mit UV-XUV-LIGHT-Impulsen steuern (2015-2020)