Fokus Quantenoptik: Röntgenphysikerin auf neuer Professur an der JMU Würzburg

Überblick

Adriana Pálffy-Buß hat die W2-Professur für Theoretische Quanteninformation und Quantenoptik des Exzellenzclusters ct.qmat – Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien angetreten. Die Professur wurde an der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg neu eingerichtet. Die Wissenschaftlerin ist Expertin im jungen Forschungsfeld der Röntgenquantenoptik, das extrem kurzwellige Röntgenstrahlung statt sichtbarem Licht zur Erforschung winzigster Teilchen nutzt. Dies könnte für zerstörungsfreie Abbildungsverfahren relevant werden und leistet einen entscheidenden Beitrag zur quantenphysikalischen Grundlagenforschung.

 

Schnelle Photonen für die Datenübertragung

Bisher werden digitale Informationen durch vergleichsweise träge fließende Elektronen in Halbleitern übertragen. Ein Forschungsansatz des Exzellenzclusters ct.qmat widmet sich der Möglichkeit, stattdessen wesentlich schnellere Photonen – also Lichtteilchen – zu nutzen. Bislang haben die Würzburger Quantenoptiker:innen von ct.qmat dafür die Wechselwirkung von Licht und Elektronen in den Blick genommen. Elektronen sind kleine Teilchen, die die Hülle der Atomkerne bilden. In der Informationsübertragung besteht jedes Material – ob Chip, Internet-Kabel oder Sensoren – wiederum aus regelmäßig angeordneten Atomen, dem „Atomgitter“. Für ihre Experimente verwenden die Forscher:innen sichtbares Licht mit Wellenlängen zwischen 0.4 und 0.8 Mikrometern. Die Quanteneffekte, die sich durch die Wechselwirkung zwischen den Photonen und diesen Materialien bzw. deren Atomgittern ergeben, stehen im Mittelpunkt des Interesses des Würzburg-Dresdner Exzellenzclusters ct.qmat.

 

„Ich freue mich, dass wir den Forschungsbereich Quantenoptik in Würzburg gemeinsam mit Adriana Pálffy-Buß auf das Gebiet der Röntgenphysik erweitern können. Mit ihr haben wir eine renommierte Expertin für die Licht-Materie-Wechselwirkung gewonnen, die unsere Würzburger Röntgen-Tradition fortsetzt – und zwar in eine ganz neue Quantenrichtung. Dabei stehen die Quanteneigenschaften der Röntgenphotonen selbst im Vordergrund und wir erhoffen uns innovative sowie originelle Perspektiven und Forschungsansätze“, betont der Würzburger Clustersprecher Ralph Claessen, Professor für Experimentelle Physik an der JMU Würzburg. Die Röntgen-Tradition des Standorts Würzburg reicht weit zurück, denn an der hiesigen Universität entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen die später nach ihm benannte Strahlung.

 

Röntgenphysik & Quantenoptik 

Adriana Pálffy-Buß hat theoretische Modelle für die Wechselwirkung von Licht und Materie entwickelt, die statt der Elektronen den Atomkern selbst in den Fokus rücken. Dafür nutzt sie Röntgenstrahlung anstelle des sichtbaren Laserlichts. Denn um Verhalten und Struktur von Atomkernen zu erforschen, braucht es hochenergetische Lichtteilchen. Während die Elektronen der Atomhülle durch optisches Laserlicht angeregt werden, sind zur Anregung von Atomkernen Röntgenphotonen mit bis zu 150.000-fach größerer Energie notwendig.

 

Im Zentrum der noch jungen Röntgenquantenoptik stehen die Effekte, die sich im Atomkern durch die Interaktion mit Röntgenstrahlen ergeben. Die Wechselwirkung von Röntgenquanten mit Atomkernen könnte der Materialforschung neuartige Möglichkeiten eröffnen: „Vielleicht können Röntgenphotonen zukünftig als Informationsträger genutzt werden oder neue Anwendungen wie Röntgen-Laser entstehen“, meint Claessen.

 

Für ihre theoretischen Modelle zur Röntgenquantenoptik erhielt Adriana Pálffy-Buß 2019 den Röntgen-Preis der Justus-Liebig-Universität Gießen und den Hertha-Sponer-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Ihre theoretischen Überlegungen zur „starken Kopplung“ von Röntgenstrahlen und Atomkernen wurden experimentell bestätigt.

 

Würzburg als bisheriger Höhepunkt einer ausgezeichneten Karriere
„Würzburg ist nicht nur die Heimat der Röntgenstrahlung, sondern durch das Exzellenzcluster auch eine unglaublich spannende Forschungsumgebung für die Quantenphysik. Ich freue mich sehr, davon profitieren zu dürfen“, so Adriana Pálffy-Buß, die zuletzt im Rahmen einer Heisenberg-Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft an der Universität Erlangen-Nürnberg tätig war. Nach ihrem Physikstudium in Bukarest promovierte sie 2006 an der Universität Gießen. Ab 2011 leitete sie am Max-Planck-Institut für Kernphysik die Gruppe für nukleare und atomare Quantendynamik. 2014 habilitierte sie an der Universität Heidelberg. Seit dem 01.04.2022 hat Adriana Pálffy-Buß die W2-Professur für Theoretische Quanteninformation und Quantenoptik an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg übernommen. Hier verstärkt sie den Bereich Photonik im Exzellenzcluster ct.qmat, zusätzlich zu der bereits 2020 geschaffenen Juniorprofessur von Sebastian Klembt.