大学院優秀研究科「CUI: Advanced Imaging of Matter」

当社では、以下の中核分野で博士号および博士研究員のポジションを継続的に提供しており、高度な資格と意欲のある候補者の応募を歓迎しています。ほとんどのポジションは埋まるまで空いたままになります。詳細については、各スーパーバイザーにお問い合わせください。

• A: 量子物質における動的創発の設計
• B: 新たな化学を捉える
• C: 異種システムにおける創発の探求

A: 量子物質における動的創発の設計

領域 A の研究は、非常によく制御できる量子システム、つまり量子気体と量子固体に焦点を当てています。ここでは、非平衡または絶妙に調整された平衡設定で出現する新しい機能、つまりこれまで周囲条件下では存在しない機能を理解して制御することを目的としています。

特に、研究グループは次の質問に取り組みます。

• 光学的または電子的駆動を使用して非平衡超伝導体の臨界温度を上昇させるにはどうすればよいでしょうか?
• トポロジーを使用して相互作用するシステムの新しいクラスを作成、理解、制御するにはどうすればよいでしょうか?
• 多体系を原子ごとに組み立てて、特に堅牢な磁性または超伝導多体状態を実現するにはどうすればよいでしょうか?
• 非古典的な光を利用して物質の集合的特性を準備し、制御すると何が得られるのでしょうか?

領域 A のすべての研究プロジェクトに共通する側面は、これらの疑問が、巨視的な固体での実験と、量子ガス シミュレータや表面上の磁性原子の配列などのモデルのようなシステムとの間の緊密な連携によって対処されることです。この組み合わせに基づいて、他の分野で必要とされる指導原理を明らかにする基本的な量子現象に取り組み、理解します。ここで、結晶秩序が核の再配列を抑制するため、電子的自由度に特別な注意を払うことができます。

個々の原子に対する完全な量子制御は、走査型トンネル顕微鏡や量子ガス顕微鏡を使用して達成される一方、光の完全な量子的性質は、非古典光や強い光と物質の結合を用いた実験で利用されることになる。

領域 A は、領域 B と C で検討したより複雑な構成要素に対して最終的に達成したい高度な制御を例示しています。

B: 新たな化学を捉える

研究領域 B は、原子構成要素の数が限られているにもかかわらず、すでに多数の自由度を備えている中小規模の分子を対象としています。これらのシステムにおける創発的な動作は、電子サブシステムと核サブシステムの間の密接な結合を通じて発生し、溶媒または表面環境との相互作用を通じてさらに促進される可能性があります。

この分野では、研究グループは次の中心的な質問に取り組みます。

• 化学反応の根底にある重要な創発自由度はどれですか?
• 光を使用して望ましい化学反応Pathway強制するにはどうすればよいでしょうか?
• 光と物質の強い結合を利用することで、新しい集団状態を予測、特定、制御できるでしょうか?それでは、光子を使用して化学プロセスや相転移を調整できるでしょうか?

領域 A と比較して、化学反応プロセスでは原子の位置が準調和的に制限されていないため、領域 B では複雑さが増します。並進周期性が壊れています。化学の出現は、電子運動と核運動の結果として生じる動的相互作用に基づいており、これにより化学反応の基礎となる集団的自由度が生じます。

主要な創発自由度がたどる動的Pathways特定し、特徴付けるために、理論と密接に関連して、強力な X 線、電子散乱および分光学技術を利用します。得られた洞察は、化学反応を制御するための効果的な光制御戦略の開発に重要な手がかりを提供します。

化学を制御するというこの夢の実現は、領域 A と領域 C の両方に影響を及ぼします。最終的には、タンパク質の立体構造や機能、あるいは固体中の競合相など、多様なプロセスを光学的に制御できるようにすることを目指しています。

C: 異種システムにおける創発の探求

エリアCの研究対象である生体高分子や人工ナノ構造は、中分子やバルク固体に比べて次の階層の機能を代表するものです。私たちの長期的な目標は、タンパク質や効果的な光触媒などの機能の発現につながるプロセスの領域 A および B と同様の理解と制御を達成することです。

研究グループは、次のような具体的な質問に取り組みます。

• 高分子機能におけるダイナミクスと不均一性の役割は何ですか?
• ナノスケールでの構造形成はどのようにして天然および人工ナノマテリアルの機能性の発現につながるのでしょうか?
• 分離されたナノスケール量子系間で電子輸送はどのようにして起こるのでしょうか?

これらの疑問は、当然のことながら、領域 B における化学の新たな理解と、領域 A におけるトポロジーと新しい制御方法の重要性によって得られます。これらは、原子スケールで構造ダイナミクスを画像化する新しい能力の開発と組み合わせる必要があります。

私たちが XFEL 革命を最大限に活用するのはエリア C であり、場合によってはエリア A で開かれた非線形領域を利用することもあります。エリア C のすべてのプロジェクトはさらに、サンプルの準備と理論的説明に対する新しいアプローチを必要とします。平衡状態から追い出される複雑な物質。

領域 C では、機能の出現には、複数の時間および長さのスケールで結合されたプロセスが不可欠です。例えば、個々の原子核への電子運動の結合は、より大きな分子またはナノ粒子サブシステムの構造変化に依存します。これは、環境などからのエネルギー源と合わせて、エネルギー環境に動的な変化を生み出すフィードバック ループをもたらします。これは生物学において、試験管化学では不可能な方法で化学反応を大幅に強化し、誘導するために利用されます。私たちの目標は、原子および分子スケールで基本的な相互作用を制御することによって、そのような機能を設計できるようにすることです。

この意味で、領域 C は領域 A と領域 B の自然な拡張として理解できます。領域 C は、コヒーレントな多体量子物理学の領域から古典的記述への移行期にあり、適切な理論を確立するための大きな課題であり続けています。説明。

エリア A とエリア B のシステムの複雑さと異質性の増加に伴い、物質の制御が強化されるにつれて、ここで開発された方法論はクラスターにとってますます重要になるでしょう。

すべての博士課程の学生は自動的に大学院の会員となり、その多くの利点を享受できます。これには、集中コースだけでなく、カンファレンスやワークショップを訪問したり、有名な研究機関を共同訪問したりするための資金を申請する可能性も含まれます。

学生はクラスター基金を使用して自分の学校を組織し、さまざまな学生活動やイベントから利益を得ることができます。トレーニングは、対応する研究活動と個人的および専門的スキルの両方に関して提供されます。

国際的に一流の専門家による談話会と豊富なゲストプログラムは、教育および研修プログラムを補完するだけでなく、特に、対応する分野の最新の発展について直接学ぶユニークな機会も提供します。