Synchrotron-strahlungsquellen: Werkzeugkästen für Quantentechnologien
Ein sehr spezieller Blick auf die Experimentierhalle von BESSY II. © Volker Mai/HZB
Die neue Ausgabe des "Hitchhiker's Guide" to synchrotron and FEL light sources for quantum technology ist gerade erschienen, gedruckt und online. © Anna Makarova/HZB
Synchrotronstrahlungsquellen erzeugen hochbrillante Lichtpulse, von Infrarot bis zu harter Röntgenstrahlung, mit denen sich tiefe Einblicke in komplexe Materialien gewinnen lassen. Ein internationales Team hat nun im Fachjournal Advanced Functional Materials einen Überblick über Synchrotronmethoden für die Weiterentwicklung von Quantentechnologien veröffentlicht: Anhand konkreter Beispiele zeigen sie, wie diese einzigartigen Werkzeuge dazu beitragen können, das Potenzial von Quantentechnologien wie z. B. Quantencomputing zu erschließen, Produktionsbarrieren zu überwinden und den Weg für zukünftige Durchbrüche zu ebnen.
In der Quantentechnologie spielen quantenphysikalische Prinzipien wie Superposition, Interferenz und Verschränkung die entscheidende Rolle für ihre Funktion. Bauelemente der Quantentechnologie können Berechnungen um Größenordnungen effizienter durchführen (Quantencomputing), Informationen sicher verschlüsseln oder in Sensoren eine beispiellose Messgenauigkeit liefern. Allerdings ist es immer noch schwierig, solche Bauelemente für den praktischen Einsatz zu entwickeln, denn Quantensysteme reagieren von Natur aus empfindlich auf Störungen durch die Umgebung, was ihre präzise Steuerung unter normalen Bedingungen erschwert. Um hier Fortschritte zu erreichen und Fehlerquellen zu identifizieren, müssen solche Materialien und Bauelemente eingehend charakterisiert und noch besser verstanden werden.
Werkzeugkasten Licht
Hier bieten Synchrotron- und FEL-Strahlungsquellen den optimalen Werkzeugkasten. Die Vielfalt an Methoden reicht von zerstörungsfreier Bildgebung, Röntgenbeugung,Spektroskopie, Spektromikroskopie bis hin zu Untersuchungen von elektronischen und magnetischen Nano-Strukturen
Expertinnen und Experten vom HZB haben für diesen Überblick gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von Universitäten und weiteren europäischen Synchrotronstrahlungsquellen ihr Wissen zusammengetragen.
Außerdem: Hitchhiker's Guide ist neu erschienen
Der "Hitchhiker's Guide" to synchrotron and FEL light sources for quantum technology" ist ab sofort gedruckt und online verfügbar ( www.helmholtz-berlin.de/srforqt ).
Diese Broschüre stellt kurz die wichtigsten Untersuchungsmethoden und Anwendungen vor und bietet ein ausführliches Verzeichnis von Experimentierstationen in Europa, die sich besonders für Forschung in den Quantentechnologien eignen, einschließlich Zugangsmöglichkeiten und Ansprechpartnern.
- BESSY II: Hochaufgelöste Einblicke in einzelne Biomoleküle und KatalysatorenWinzige biologische Proben und sogar einzelne Biomoleküle können nun an der BESSY-II-Infrarot-Beamline unter lebensnahen Bedingungen in höchster Auflösung untersucht werden. Die nanoskalige Infrarotspektroskopie (s-SNOM) wurde dafür verbessert und gründlich validiert. Ultradünne Membrane auf Siliziumbasis ermöglichen dabei die Untersuchung im wässrigen Medium. Ein internationales Team um den HZB-Experten Dr. Alexander Veber konnte nach einem ersten Proof-of-Concept nachweisen, dass Nano-IR-Messungen in wässriger Umgebung mit den erwarteten Fernfeld-IR-Spektren übereinstimmen. Dieser methodische Fortschritt ermöglicht nun tiefere Einblicke in Biomaterialien, aber auch die Beobachtung katalytischer Prozesse in flüssigen Umgebungen.
- Neue Methode zeigt, wie molekulare Schalter von ihren Nachbarn beeinflusst werdenForschende der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) können erstmals direkt erkennen, wie die Umgebung eines molekularen Schalters dessen elektronische Struktur beeinflusst. Molekulare Schalter sind Moleküle, die sich durch äußere Einflüsse wie Temperaturänderungen zwischen zwei Zuständen umschalten lassen – ähnlich einem Schalter mit den Positionen „An“ und „Aus“. Solche Moleküle werden als mögliche Bausteine für künftige Datenspeicher oder Sensormaterialien erforscht. Mit Hilfe der magnetischen Terahertz-Spektroskopie an BESSY II konnten die Forschenden nun erstmals unterscheiden, ob benachbarte Moleküle in einem Material gleich oder anders geschaltet sind. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ erschienen.
- Beschleunigerprojekt SEAlab: Abschluss und AusblickDas Beschleunigerprojekt SEAlab hat die letzte Messkampagne im Sommer 2026 erfolgreich abgeschlossen. Nun wird die Anlage zurückgebaut, viele Komponenten sollen weiterverwendet werden. Die beiden Beschleunigungsphysiker Axel Neumann und Thorsten Kamps erklären, was das Projekt erreicht hat, und geben einen Ausblick auf die Zukunft.