20.01.2021 • Nanophysik

Ultraschnelle Quantenbewegungen von Atomen und Molekülen im Blick

Bau des Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy zur Erforschung des Nanokosmos hat begonnen.

An der Universität Regensburg entsteht in den kommenden Monaten ein neuer Forschungs­bau, das Regens­burg Center for Ultra­fast Nano­scopy – kurz RUN. Ziel des RUN ist es, mit neu­artigen hoch­auf­lösenden Zeit­lupen­kameras die ultra­schnellen Quanten­bewegungen von Atomen und Molekülen in biologischen Systemen ebenso wie in Nano­materialien direkt zu beobachten, zu verstehen und für künftige Bio- und Quanten­techno­logien zu nutzen. Kurz, mit Hilfe des RUN soll es in Zukunft möglich sein, diesen Nano­kosmos der belebten und unbelebten Natur im Detail darzu­stellen und zu verstehen.

Abb.: Entwurfs­ansicht des RUN-Forschungs­baus am Campus der Uni­ver­sität...
Abb.: Entwurfs­ansicht des RUN-Forschungs­baus am Campus der Uni­ver­sität Regens­burg. (Bild: Fritsch+Tschaidse Archi­tekten GmbH)

Moderne Lebens- und Naturwissenschaften sowie Quanten- und Bio­techno­logien sind auf ein detail­liertes Verständnis des Nanokosmos der Moleküle angewiesen. Da diese ständig in Bewegung sind, reicht es nicht aus, auf Stand­bilder zurück­zu­greifen, um Kern­fragen aktueller Grund­lagen­forschung zu beantworten. Die für die Forschung relevanten Prozesse im Nanokosmos laufen auf einer Zeitskala von Femto­sekunden oder gar noch schneller ab. Um diese Vorgänge auswerten zu können, werden hoch­auf­lösende Bilder sowohl in der zeit­lichen als auch in der räum­lichen Dimension benötigt, eine Aufgabe, die eine der größten wissen­schaft­lichen Heraus­forde­rungen unseres Jahr­hunderts darstellt.

Trotz weltweiter Anstrengungen gelang es bislang aus­schließ­lich an der Uni Regens­burg, die Bewegung eines einzelnen Molekül­orbitals direkt in Ort und Zeit auf­zu­lösen. Im RUN werden Wissen­schaftler die inhärent zeit­auf­ge­löste Nanoskopie fach­über­greifend weiter­entwickeln und an einem tieferen Verständnis für die Visua­li­sie­rung des Nanokosmos in seiner Komplexität arbeiten. Neben der Forschung wird das RUN außerdem Studenten, Doktoranden und Postdocs eine ganz­heit­liche experi­men­telle und theore­tische Ausbildung in einem hoch­modernen und inter­diszi­plinären Forschungs­feld ermöglichen.

Das Regensburg Center for Ultra­fast Nano­scopy wird vier Kernziele verfolgen. Erstens: Die Entwicklung neuer Nano­skopie­verfahren, die gleich­zeitig höchste Orts­auf­lösung bis in den Bereich einzelner Atome und ultra­schnelle Zeit­auf­lösung bis in den Bereich von milliardstel Bruch­teilen einer milliardstel Sekunde ermöglichen. Zweitens: Die fach­über­greifende systema­tische Erforschung biologisch, chemisch und physikalisch relevanter ultra­schneller nano­skopischer Dynamik. Drittens: Die Stärkung von Synergien zwischen den beteiligten Natur­wissen­schaften, um als Keim­zelle für neue inter­disziplinäre Dritt­mittel-Verbund­projekte zu fungieren. Und schließlich viertens: Die Förderung von Nach­wuchs­gruppen sowie von Nach­wuchs­forschern aus verschiedenen natur­wissen­schaftlichen Disziplinen, um das neue Forschungs­gebiet nach­haltig zu entwickeln.

Im RUN werden knapp hundert Wissen­schaftler und Techniker aus mehr als zwanzig Forschungs­gruppen aller natur­wissen­schaftlichen Disziplinen diese Ziel­stellungen gemeinsam und in enger inter­disziplinärer Zusammen­arbeit verfolgen. Neu beantragte Nachwuchs­gruppen sowie hoch­rangige externe Kooperations­partner werden Gelegen­heit finden, Mitarbeiter im RUN zu beschäftigen.

Der neue Forschungsbau wird in zwei schwingungs­technisch vonein­ander getrennten Baukörpern ausgeführt: als Präzisions­labor­bereich, für die Mess­systeme der ultra­schnellen Nanoskopie, und als Büro- und Nass­labor­trakt inklusive Seminar- und Konferenz­räumen. Grund für die Zwei­teilung ist die Notwendig­keit, die Präzisions­labore möglichst erschütte­rungs­frei zu halten. Die Nanoskopie-, Präparations- und Technik­räume erhalten zudem hoch­wertige Lüftungs­anlagen. Eine Zugangs­schleuse wird die Arbeits­bereiche möglichst partikelarm halten. Präzisions­klima­geräte sorgen für gleich­bleibende Temperatur- und Luft­feuchtig­keits­bedingungen in den Laboren. Die Fertig­stellung des „Regens­burg Center for Ultra­fast Nano­scopy“ ist für das Jahr 2023 geplant.

U. Regensburg / RK

Weitere Infos:

 

 

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