Im Blickpunkt

Die Grenzen der Physik überschreiten - Internationaler Workshop über photonische Nanomaterialien

Rund 100 Wissenschaftler aus aller Welt trafen sich in Jena anlässlich des Starts der Initiative "Photonische Nanomaterialien", kurz PhoNa. Das Projekt wird innerhalb des Programms Spitzenforschung & Innovation in den Neuen Ländern gefördert. Koordinator der Initiative ist Prof. Dr. Thomas Pertsch von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Der Physiker organisierte die Kick-off-Veranstaltung. Teilnehmer aus den USA, Frankreich, England, der Schweiz, Bulgarien, Spanien, Griechenland, Dänemark und Deutschland präsentierten ihre Forschungsergebnisse und diskutierten über das Potenzial photonischer Nanomaterialien.

Nachwuchswissenschaftler im Gespräch auf dem internationalen PhoNa-Workshop.

Nicht ohne Stolz eröffnete Prof. Dr. Klaus Dicke, Rektor der Jenaer Universität, den ersten internationalen PhoNa-Workshop. Es stimmt ihn optimistisch, dass junge Wissenschaftler an seiner Universität eine so zukunftsorientierte Forschung betreiben. Und das mit Erfolg, denn schließlich fördern der Bund und das Land Thüringen die Forschung zu photonischen Nanomaterialien in den nächsten fünf Jahren mit 15 Millionen Euro. Dennys Klein, der Vertreter des Thüringer Ministeriums für Bildung, Wissenschaft und Kultur erwähnte in seinem Grußwort, dass das Land Thüringen die Zusammenarbeit der Optik und Photonik mit den Material- und Biowissenschaften sowie auch mit der Förderung des "Abbe Center of Photonic" an der Uni Jena unterstützt. Außerdem haben optische Forschung und Industrie in der thüringischen Stadt eine lange Tradition. Abbe, Schott und Zeiss haben hier vor mehr als 100 Jahren die Grundlagen der modernen Optik geschaffen.

Professor Thomas Pertsch und seine Kollegen wollen jetzt etwas Neues erreichen, sie wollen Grenzen überschreiten: "Wir suchen nach Materialien mit Eigenschaften, die es in der Natur nicht geben kann", beschreibt der Physiker die Suche nach photonischen Nanomaterialien. Ziel ist es, Oberflächen im Nanobereich so zu strukturieren, dass sie neue optische Eigenschaften bekommen. Auf diese Weise könnten Mikroskope entwickelt werden, die ein unendlich hohes Auflösungsvermögen haben. Photonische Nanotechnologien können aber auch die Effizienz von Solarzellen erhöhen und damit einen großen Beitrag zum Umweltschutz leisten.

Prof. Dr. Thomas Pertsch, Sprecher von PhoNa und Leiter des Bereichs Nanooptik am ZIK ultra optics in Jena moderierte und organisierte die Veranstaltung.

Um das zu erreichen, nutzen die Wissenschaftler um Professor Pertsch so genannte Top-Down- und Bottom-Up-Methoden. Das bedeutet, sie nähern sich dem Nanobereich entweder von einer größeren Skala, vom Mikrometerbereich, mit Hilfe der Physik oder von einer kleineren Skala, dem molekularen Bereich, mit Hilfe der Chemie. Werden beide Methoden miteinander verbunden, nennen die Wissenschaftler das Top-Up. Sie nutzen dazu supramolekulare und Biomaterialien.

Mit seiner Arbeit will das PhoNa-Team jedoch nicht allein Grundlagenforschung betreiben, sondern hier wird auch der Transfer der Ergebnisse in die Industrie vorbereitet. Es sollen neue Märkte und Produkte geschaffen werden. Da das Forschungsgebiet photonische Nanomaterialien sehr aktuell, schnelllebig und stark kompetitiv ist, werden gute Nachwuchswissenschaftler gebraucht. Deren Ausbildung an der "Abbe Schule für Photonik" der Jenaer Universität gehört ebenfalls zum Programm der Initiative. Außerdem arbeiten bei PhoNa viele starke Partner eng zusammen. Dazu zählen das Forschungszentrum Jülich, zwei Max-Planck-Institute in Garching und Stuttgart, das Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik und das Institut für Photonische Technologien in Jena, chemische und physikalische Arbeitsgruppen der Universität Jena sowie die Unternehmen Carl Zeiss, Jenoptik und die LINOS-QIOPTIQ Photonics GmbH in Göttingen.

Der PhoNa-Wissenschaftler und Direktor des Jenaer Fraunhofer-Instituts, Prof. Dr. Andreas Tünnermann, gehörte ebenfalls zu den Referenten auf dem PhoNa-Workshop. Er kooperiert mit Professor Pertsch auch im Zentrum für Innovationskompetenz ultra optics und stellte in seinem Vortrag den Cluster CoOptics vor, dessen Sprecher er ist. In dem Verbundprojekt arbeiten Forschungsinstitute, Universitäten und Unternehmen der Region zusammen. Ziel ist es, Jena auf dem Gebiet der optischen Technologien weiter voranzubringen. Im Hauptprojekt "CoLight" sollen intelligente Beleuchtungssysteme auf LED-Basis entwickelt und getestet werden. Die Systeme verfügen über Sensoren zur automatischen Anpassung ihrer Lichtintensität und Verteilung entsprechend der Umgebungsbedingungen. Sie zeichnen sich durch hohe Energieeffizienz sowie lange Lebensdauer aus. Damit soll eine Stromersparnis von bis zu 50 Prozent möglich werden.

Postersession und Diskussionen in den historischen Rosensälen der Universität Jena.

Auf der ganzen Welt beschäftigen sich Wissenschaftler mit dem Vermögen von Licht. Dies demonstrierte auch Professor Nikolay Zheludev vom Optoelektronischen Forschungszentrum der Universität Southampton sehr eindrucksvoll. Seine Arbeitsgruppe beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung einer neuen optischen Technologie, dem so genannten Nanoscope. Mit einer Auflösung im Nanobereich sollen damit erstmals Bilder und Manipulationen von Objekten im Inneren einer lebenden Zelle möglich werden.

Einer der am weitesten gereisten Sprecher auf dem PhoNa-Workshop war Professor Xiang Zhang von der University of California in Berkeley. Er gehört zu den bekanntesten Wissenschaftlern auf dem Gebiet der optischen Metamaterialien, mit denen er sich bereits seit zehn Jahren beschäftigt. So entwickelte er mit seinen Mitarbeitern beispielsweise einen Plasmon-Laser, der im Nanobereich arbeitet und mit Hilfe dessen man sogar einzelne Moleküle detektieren kann. Damit hat Professor Zhang Neuland betreten. Er hat gezeigt, dass optisch-physikalische Grenzen überschritten werden können. Genau das will auch das PhoNa-Team erreichen. Ziel ist es, Materialien mit völlig neuen optischen Eigenschaften zu entwickeln. Dazu setzen die Forscher gezielt Gesetze außer Kraft, nach denen die Natur normalerweise die Strukturen der Materie schafft. Sollte ihnen das gelingen, kann Jena seine Position als Zentrum der optischen Forschung weiter ausbauen. Das internationale Interesse war bereits auf der Kick-Off-Veranstaltung der Initiative Photonische Nanomaterialien sichtbar.

 

Weitere Informationen zur Spitzenforschung-und-Innovation-Initiative PhoNa finden Sie hier.

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