Nichtlineare Optik in kleinsten Dimensionen

Licht kann mehr! Ein Team von der Universität Jena und anderen Forschungseinrichtungen möchte die Geheimnisse der Optik weiter enträtseln. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte jetzt dafür den Sonderforschungsbereich 1375 „Nonlinear Optics down to Atomic Scales“; kurz NOA:

Für zunächst vier Jahre erhält das Team um den Physiker Prof. Dr. Ulf Peschel und die Chemikerin Prof. Dr. Stefanie Gräfe eine Förderung von etwa neun Millionen Euro. Der Startschuss zum Großforschungsprojekt fällt am 1. Juli.

Phänomene der nichtlinearen Optik treten stets auf, wenn Licht auf Materie trifft, werden aber erst bei höheren Intensitäten sichtbar und wirklich relevant. Neben dem ursprünglichen Lichtstrahl wird dann zum Beispiel auch Strahlung anderer und zum Teil viel kürzerer Wellenlängen erzeugt – ein Effekt, der mit steigender Leistung immer wichtiger wird und daher als nichtlinear bezeichnet wird.

Physik und Chemie arbeiten zusammen

„Unsere Forschung ist zunächst grundlagenorientiert, wobei wir zukünftige Anwendungen natürlich nicht aus den Augen verlieren wollen“, sagt Ulf Peschel. Die Arbeit im Sonderforschungsbereich werde deshalb zu gut zwei Dritteln aus Experimenten bestehen, das übrige Drittel sei der Theorie vorbehalten. Da neben der Optik auch Materialeigenschaften eine große Rolle spielen, arbeiten Physiker und Chemiker dabei Hand in Hand.

„Die auftretenden Wechselwirkungsprozesse zwischen Licht und Materie wollen wir im jetzt genehmigten Sonderforschungsbereich mit atomarer Auflösung untersuchen, im Computer modellieren und schließlich sogar lernen zu kontrollieren“, so Peschel.

Gelingt das, winken viele attraktive Anwendungen, angefangen von winzigen Nanolasern, über extrem kompakte Röntgenquellen bis hin zur optischen Detektion weniger Atome. Am Ende ließen sich vielleicht sogar chemische Reaktionen zwischen einzelnen Molekülen in Echtzeit beobachten – eine Dimension, in die lineare optische Systeme bisher nicht vordringen können.

Im Rahmen des neuen Sonderforschungsbereiches wird die Friedrich-Schiller-Universität Jena mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik und dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena, aber auch mit der Humboldt-Universität Berlin und der Technischen Universität München zusammenarbeiten.

24 Doktoranden und ein Postdoc werden – durch die DFG finanziert – von nun an gemeinsam zur nichtlinearen Wechselwirkung zwischen Licht und Nanostrukturen oder Einzelmolekülen forschen. Damit folgt Jena einem sehr erfolgversprechenden Trend der modernen Optikforschung, der so auch in München, Stuttgart oder Berlin oder international an der ETH Zürich und am California Institute of Technology in den USA hohe Priorität hat.

Prof. Dr. Ulf Peschel
Institut für Festkörpertheorie und -optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Fröbelstieg 1 (Abbeanum), 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947170
E-Mail: ulf.peschel[at]uni-jena.de