Was wurde bisher erreicht?Zwischenbilanz des Exzellenzclusters „CUI: Advanced Imaging of Matter”

3. Mai 2023, von Ingeborg Adler

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Regelmäßig treffen sich alle am Cluster-Beteiligten zum Austausch über die Forschungsprojekte und die weitere Entwicklung.

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Aufnahmen wie diese aus dem Rasterelektronenmikroskop können bei der Untersuchung von Kristallen helfen. Sie wurde zudem in der Ausstellung "Arts & Science" des Exzellenzclusters im Hamburger Rathaus gezeigt. 

Seit 2019 ist die Uni Hamburg Exzellenzuniversität, im Jahr davor wurden vier Cluster eingeworben. Was wurde seitdem unternommen und wie wurden die Fördermittel verwendet? Der Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ berichtet über bisherige Forschung und Förderungen in den Photonen- und Nanowissenschaften.

Wegweisende Forschungsergebnisse, neue Lehr- und Forschungsgebäude, maßgeschneiderte Programme für herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, erfolgreiche Ausstellungen: Die Basis für diesen Erfolg wurde bereits im Vorgängercluster „The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging (CUI)“ gelegt. Von 2012 bis 2018 lag der Fokus auf der Abbildung ultraschneller Bewegungen von Molekülen, Atomen und Elektronen. 2018 entschied die Exzellenzkommission, dass diese Forschung zu den Eigenschaften von Materie fortgesetzt werden muss. Im Folgecluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ geht es jetzt um die Erforschung von Funktionalitäten: Je größer und komplexer chemische und physikalische Systeme werden, umso eher bilden sich neue Eigenschaften heraus. Wie beispielsweise Supraleitung, also die Eigenschaft, Strom ohne Verluste zu leiten.

Die am Projekt beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Physik und Chemie wollen diese neuen Funktionalitäten verstehen, um sie eines Tages gezielt steuern zu können. 160 Forschende sind direkt am Cluster angestellt. Sie werden von 170 weiteren Mitgliedern aus den unterschiedlichen Arbeitsgruppen unterstützt. Die Forschenden kommen von der Universität Hamburg, dem Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD), der European XFEL GmbH und dem DESY.

Der Cluster hat bereits mehr als 600 Publikationen hervorgebracht. Davon sind 46 allein in den hochrelevanten Magazinen der Nature-Gruppe und in der Fachzeitschrift „Science“ erschienen.  Mit 150 Publikationen pro Jahr übersteigt die Anzahl der Publikationen die Veröffentlichungen des Vorgängerclusters.

Beispielhafte interdisziplinäre Pionierarbeit

Eine gerade erst veröffentlichte Arbeit belegt beispielhaft die interdisziplinäre, institutsübergreifende Pionierarbeit des Clusters: Zunächst hatten Forschende vom MPSD und von DESY eine Theorie für ein innovatives Verfahren zur Abbildung von Molekülen entwickelt. Dieses nutzt die Quantennatur von Röntgenlicht. Eine Gruppe unter Beteiligung der Universität Hamburg bestätigte die Theorie im Experiment am European XFEL und eröffnete damit einen gänzlich neuen Forschungsweg.

Diese Verzahnung von Theorie und Experiment findet sich in allen Forschungsprojekten des Clusters: Quantenphysik und Quantenoptik, Physik kondensierter Materie, Ultrakurzzeitphysik, ultraschnelle Röntgenbildgebung, Röntgenphysik, Nanowissenschaften und Biobildgebung. Durch eine Reihe von Neuberufungen wird sich der Cluster zudem neue Themengebiete in der theoretischen Physik, der Nanochemie und in den Quantentechnologien erschließen oder diese stärken.

Aus der Arbeit im Cluster sind zudem eine Reihe von erfolgreichen Drittmittel-Anträgen hervorgegangen, insbesondere im Bereich Quantenforschung und Quantencomputing, wie etwa das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 25 Millionen Euro geförderte Projekt „Rymax-One“. 

Eine zentrale Säule dieser Erfolgsbilanz sind die Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler. Jedes Jahr stellt der Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ bis zu 42 Promovierende und Postdocs neu ein. Insgesamt fließen mehr als 80 Prozent der Fördergelder in die Ausbildung junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Für herausragende junge Forschende legte der Cluster ein eigenes Förderkonzept auf: Ziel des „Young Investigator Group Leader“-Programms" ist es, hochtalentierte Nachwuchsforschende optimal zu unterstützen und auf ihrem Weg in eine Professur oder leitende Position zu begleiten. Dr. Thore Posske etwa erhielt vor Kurzem einen mit rund 1,5 Millionen Euro dotierten Starting Grant des Europäischen Forschungsrats für sein Projekt „QUANTWIST“. Insgesamt hat der Cluster acht Young Investigator-Stellen neu geschaffen, drei sind mit einem ERC-Starting Grant ausgezeichnet worden.

Vorbilder für die Hamburger Wissenschaftscommunity

Gleichzeitig werden auch Wissenschaftlerinnen gezielt gefördert. Das Programm „dynaMENT, Mentoring for women in natural sciences“ profitiert sehr vom CUI-Engagement. Im Rahmen des 2013 ins Leben gerufenen Mildred Dresselhaus Programms hat der Cluster bis heute 18 herausragende internationale Wissenschaftlerinnen geehrt. Sie bereichern die Forschungsgruppen und sind hervorragende Vorbilder für die Wissenschaftscommunity in Hamburg.

Die Schullabore „Molecules & Schools“ und Light & Schools“ konnten ihre Programme dank der Cluster-Unterstützung maßgeblich ausbauen. Sie erhielten 93.000 Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, um Kinder nach der Corona-Pandemie wieder für die Naturwissenschaften zu begeistern. Das vielfach ausgezeichnete, neue Gebäude „Haus der Lehre – Light & Schools“ bietet jungen Menschen Zugang zur Spitzenforschung.

Dazu konnte der Cluster in diesem Jahr mit zwei ungewöhnlichen Ausstellungen Themen in der Öffentlichkeit setzen: Die Ausstellung „Was hattest du an?" holte das Thema sexualisierte Gewalt aus der Tabuzone und wurde von einem Aktionsmonat am Campus Bahrenfeld flankiert. „Arts & Science“ begeisterte im Hamburger Rathaus mit farbenprächtigen Visualisierungen und Fotos aus den Laboren: Damit ist es dem Cluster gelungen, ein Fenster zur innovativen, hochkomplexen Forschung zu öffnen.