Rund 5 Millionen Euro Forschungsförderung für Projekte in Physik und Chemie

Ein erneuter Beweis für die Forschungsstärke am Wissenschaftsstandort Erlangen-Nürnberg: Zwei Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind jetzt mit jeweils einem der begehrten Advanced Grants des Europäischen Forschungsrats (European Research Council – ERC) ausgezeichnet worden: Physikerin Prof. Dr. Maria Chekhova und Chemiker Prof. Dr. Sjoerd Harder. Die Grants sind mit einer Förderung von jeweils rund 2,5 Millionen Euro für fünf Jahre verbunden.

Neue Lichtquellen für Quantenlicht

Quantenlicht spielt eine zentrale Rolle für moderne Technologien, zum Beispiel ermöglicht es abhörsichere Kommunikation oder besonders empfindliche Messungen wie beim Nachweis von Gravitationswellen. Meist wird Quantenlicht durch sogenannte nichtlineare optische Effekte erzeugt, etwa indem ein Lichtteilchen in zwei weniger energiereiche Lichtteilchen aufgespalten wird. Dies geschieht in Kristallen, Glasfasern oder speziellen Lichtleitern.

Prof. Dr. Maria Chekhova, Professorin für Optik an der FAU und am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, ist es gelungen, Quantenlichtteilchen in ultradünnen Materialien zu erzeugen. Weil diese Materialien nur wenige hundert Nanometer dick sind, gelten für sie andere physikalische Regeln – zum Beispiel kann man mit einer einzigen dieser Lichtquellen verschiedene Arten von Quantenlicht gleichzeitig erzeugen.

Im neuen Projekt will Maria Chekhova nun das volle Potenzial dieser flachen, multifunktionalen Quellen ausschöpfen und in Experimenten nicht nur Paare von Lichtteilchen erzeugen, sondern viel komplexere Quantenlichtzustände, die bisher noch nie beobachtet wurden. Außerdem soll es gelingen, verschränkte Photonen in andere Quantenformen oder Lichtfrequenzen umzuwandeln.

Das Projekt soll so die Möglichkeiten der bisherigen Quantenoptik erweitern und den Weg freimachen für eine neue Generation kompakter, leistungsfähiger und vielseitiger Quantenlichtquellen.

Unedle Metalle für edle Aufgaben

Prof. Dr. Sjoerd Harder, Leiter des Lehrstuhls für Anorganische und Metallorganische Chemie an der FAU, und sein Team werden in ihrem Projekt Hauptgruppenmetalle wie Kalzium, Magnesium oder Aluminium im sogenannten nullwertigen Oxidationszustand untersuchen.

Diese Metalle verlieren ihre Elektronen besonderes leicht, wenn sie Verbindungen mit anderen Elementen eingehen. Gelingt es, diese Metalle in einen Komplex zu integrieren, in dem sie keine Elektronen abgeben, nennt man sie nullwertig. Solche Komplexe sind extrem reaktiv und haben das Potenzial, andere höchst stabile chemische Verbindungen aufzubrechen. All dies eröffnet ganz neue Anwendungsmöglichkeiten, die bis heute allerdings kaum erforscht sind. Sjoerd Harder hat auf diesem Feld schon wichtige Vorarbeit geleistet und will in einem Teil seines Projekts die Erforschung rund um die molekularen Verbindungen der nullwertigen Metalle weiter vorantreiben.

Ein Anwendungsfeld will Harder im zweiten Teil des Projektes besonders genau unter die Lupe nehmen: die Katalyse. Denn gegen jede Erwartung sind nullwertige Hauptgruppenmetalle erstaunlich gute Katalysatoren. Das heißt, sie sind in der Lage, chemische Reaktionen zu beschleunigen, ohne dabei selbst aufgebraucht zu werden – und das unter möglichst milden Bedingungen, also bei relativ niedrigen Temperaturen, normalem Druck und geringem Energieaufwand.

Bisher werden für diese Reaktionen eher seltene und damit teure Edelmetalle wie Platin verwendet. Harder möchte Hydrier-Katalysatoren aus häufig vorkommenden Hauptgruppenmetallen oder Eisen entwickeln, mit denen sich Wasserstoff in chemisch stabiler Form speichern oder sogar die Umsetzung von Stickstoff in Ammoniak beschleunigen lässt, einer der wichtigsten großindustriellen Prozesse.

Weitere Informationen: