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TU Dresden: ERC Consolidator Grant für neue Methode zur Erforschung von Supraleitern

Eine neue Art von Spektroskopie entwickeln, die direkte Einblicke in das Verhalten von Supraleitern gewährt – das möchte Stefan Kaiser, Professor für Ultraschnelle Festkörperphysik und Photonik an der TU Dresden, mit seinem Projekt "T-Higgs". Für diese innovative und vielversprechende Forschung wird er vom Europäischen Forschungsrat mit einem ERC Consolidator Grant in Höhe von über zwei Millionen Euro in den nächsten fünf Jahren gefördert.

Supraleitung ist ein makroskopischer Quantenzustand, der sich dadurch auszeichnet, dass bei äußerst tiefen Temperaturen der elektrische Widerstand in leitfähigen Materialien verschwindet. Strom kann also hindurchfließen, ohne dass ein ständiger Antrieb vorhanden ist. Eine vielversprechende Eigenschaft, insbesondere bei der Energieübertragung. Da Supraleitung sehr große Magnetfelder erzeugt, wird sie bereits jetzt in Magnetresonanztomographen (MRT) eingesetzt. Auch bei dem Rennen in der Entwicklung von Quantencomputern spielt Supraleitung eine wichtige Rolle.

Die physikalischen Vorgänge dahinter sind allerdings für Nicht-Physiker nur schwer greifbar. Stefan Kaiser, Professor für Ultraschnelle Festkörperphysik und Photonik an der TU Dresden beschreibt das Phänomen als ein "faszinierendes, aber physikalisch schwer zu verstehendes Problem." Insbesondere sein Forschungsgebiet der Hochtemperatursupraleiter kommt Fachfremden zunächst eher Spanisch als logisch vor.

Kaiser selbst ist fasziniert von dem komplexen Wissenschaftsfeld, den vielen ungelösten Fragen und vor allem dem großen Potential dieser Materialien. "Um Supraleiter zu verstehen, muss man verstehen, wie sich Elektronen bei sehr tiefen Temperaturen zu sogenannten "Cooper-Paaren" als supraleitenden Ladungsträger verbinden. In der Quantenmechanik können wir die Gesamtheit aller dieser Cooper-Paare durch eine Wellenfunktion beschreiben. Um diese "Welle" jedoch komplett zu charakterisieren, musste man bisher viele indirekte Methoden nutzen, in denen Cooper-Paare wieder in Elektronen aufgebrochen werden. Im "T-Higgs" Projekt nutzen wir nun Terahertz-Laser, um gezielt die Eigenschwingungen dieser "Welle” anzuregen, die sogenannten Higgs Schwingungen. Aus der Art wie die "Welle" schwingt, können wir nun mit unserer neuen Spektroskopie die Eigenschaften des Supraleiters direkt vermessen und so ein tieferes Verständnis über die Funktionsweise des Supraleiters erlangen," erklärt Kaiser.

Für dieses ambitionierte Mammutprojekt erhielt der Physiker vom Europäischen Forschungsrat den ERC Consolidator Grant mit einem Gesamtvolumen von über zwei Millionen Euro für fünf Jahre. Die Förderung ist Teil des EU-Programms Horizon Europe.

"In meiner Karriere habe ich mich schon mit vielen Aspekten der Supraleitung beschäftigt und ein bedeutender Teil meiner Forschung beschäftigt sich insbesondere mit optischer Kontrolle von Supraleitung mit schnellen ultrakurzen Laserpulsen. Dazu zählt auch lichtinduzierte Supraleitung, welche für kurze Zeit sogar bei Raumtemperatur möglich ist. Hier stellt die Wissenschaft jetzt die Frage, ob dieses lichtinduzierte Phänomen tatsächlich "echte” Supraleitung ist und wie sich diese charakterisieren lässt. Der ERC Grant erlaubt mir nun, die Higgs-Spektroskopie als eine neue Methode zu entwickeln und ein Team zusammenzustellen, das diese spannende Frage beantworten wird. Wir möchten die Higgs-Mode als neues Kriterium für Supraleitung etablieren. Darüber hinaus werden wir die neue Higgs Spektroskopie auf viele wichtige Arten von Supraleitern anwenden und sie auch nutzen, um neue bisher noch unbekannte Supraleiter direkt zu identifizieren und vollständig charakterisieren zu können", erläutert Kaiser sein Projektvorhaben.

Der Europäische Forschungsrat ist ein Teil des Rahmenprogramms der EU für Forschung und Innovation "Horizont Europa". Er fördert exzellente Einzelwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler. In der Förderlinie "Consolidator Grant" werden Projekte mit 2 Millionen Euro (zuzüglich bis zu einer weiteren Million Euro für bestimmte zusätzliche Kosten) innerhalb von fünf Jahren gefördert. Im Rahmen der aktuellen Ausschreibung profitieren 313 Forschende, davon 61 in Deutschland.

Zuletzt konnten weitere TUD-Forschende mit ihrer herausragenden Arbeit den Europäischen Forschungsrat ERC überzeugen und Grants in diversen Förderprogrammen gewinnen. Zu ihnen gehören Dr. Erika Covi vom NaMLab und Prof. Michael Sieweke vom Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD).

NaMLab-Forscherin gewinnt ERC Starting Grant

Technologie durchdringt unser Leben in der täglichen Routine: eine Vielzahl intelligenter, miteinander verbundener Geräte am Rande des Netzes hilft uns ständig bei der Erledigung unserer täglichen Aufgaben. Um jedoch die strengen Energie- und Speicherbeschränkungen von Edge Devices zu erfüllen und ihnen die Möglichkeit zu geben, aus ihren Erfahrungen zu lernen und zusammenzuarbeiten, ist ein radikaler Paradigmenwechsel jenseits der derzeitigen CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) erforderlich.

In MEMRINESS, Memristive Neurons and Synapses for Neuromorphic Edge Computing, werden Dr. Erika Covi und ihr Team die physikalischen Eigenschaften von neu entstehenden memristiven Bauelementen nutzen, um Neuronen und Synapsen zu entwickeln, die die notwendigen, vom Gehirn inspirierten Primitive bereitstellen, um stromsparende und speichereffiziente intelligente Edge-Geräte zu entwickeln, die online und gemeinsam lernen können. Die neu entwickelten Neuronen und Synapsen werden in einem Hardware-Spiking-Neural-Netz und in drei kollaborativen Szenarien mit steigender Komplexität validiert.

Das European Research Council unterstützt dieses wegweisendes Forschungsprojekt am NaMLab. ERC Starting Grants unterstützen exzellente Forscher:innen auf der Karrierestufe, auf der sie ihr eigenes unabhängiges Forschungsteam oder Programm aufbauen. Dr. Covi wird die fünfjährige Förderung in Höhe von bis zu 1,5 Millionen Euro für ihre Forschungsarbeit erhalten.

Kontakt:

Prof. Stefan Kaiser
Professur für Ultraschnelle Festkörperphysik und Photonik
TU Dresden
E-Mail: stefan.kaiser@tu-dresden.de

Weiterführende Links


www.tu-dresden.de 
www.epc-dresden.de