Prof. Jörg Wrachtrup
Manipuliert Diamanten für die Technik von morgen
|
Womit beschäftigen Sie sich in Ihrer Forschung?
Ich bin Experimentalphysiker, betreibe experimentelle Quantenphysik und versuche, Quantentechniken zu benutzen, um Informationen effizienter zu verarbeiten und zu kommunizieren. Dazu benutze ich spezielle Festkörpermaterialien, zumeist Diamant oder Defekte in Diamant.
Wie kann man sich die Arbeit an ihrem Institut vorstellen?
Wir arbeiten in erster Linie an Experimenten, die damit beginnen, dass wir den Diamanten speziell präparieren. Also das beginnt damit, dass wir mit sehr sauberen, sehr reinem Diamantmaterial anfangen, das reinste Material, das wir bekommen können. Das dotieren wir dann speziell. Dotieren heißt in diesem Fall, dass wir Fremdatome einbringen. Diamant besteht aus Kohlenstoff und ist, wenn er reinste Schmuckqualität hat, komplett farblos. Wenn man den dann dotiert, also wenn man Fremdatome einbringt, dann wird er leicht farbig und wir arbeiten dann mit diesen Dotieratomen.
Arbeiten Sie rein experimentell?
Wir arbeiten nicht rein experimentell. Auf der einen Seite ist unsere Arbeit sehr stark durch die Quantenphysik bestimmt und auch durch die Quantentheorie. Das ist der eine Aspekt unserer Arbeit. Zum anderen sind die Systeme, mit denen wir arbeiten – also Diamant als Festkörpermaterial – für das Arbeitsgebiet ungewöhnlich komplex. Normalerweise arbeiten viele meiner Kollegen mit einzelnen Atomen, die sie dann in einer Vakuumkammer isolieren. Bei uns sind die einzelnen Atome im Diamant. Das wiederum bedeutet, dass wir großen Aufwand betreiben müssen, um die Umgebung dieser Atome im Diamant zu verstehen. Dazu brauchen wir Simulationen, wir brauchen aufwändige quantenchemische Rechnungen, um die optischen Eigenschaften, zum Beispiel dieser Dotieratome im Diamant, verstehen, vorhersagen und dann auch kontrollieren zu können.
Wie sind Sie zu diesem Forschungsthema gekommen?
Ich bin auf dieses Forschungsthema mehr oder weniger durch Zufall gekommen. Ich habe bereits zu Beginn meiner wissenschaftlichen Karriere in der Zellmikroskopie gearbeitet. Da habe ich organische Moleküle benutzt, um Zellen einzufärben. Die haben aber den Nachteil, dass diese organischen Moleküle, wenn man sie eine Zeit lang beobachtet, verschwinden und damit die Zellfärbung. Ich habe mich dann nach Materialien umgesehen, bei denen das nicht der Fall ist und das war eben Diamant.
Was versprechen Sie sich von ihrer Forschung?
Unsere Diamanten wird man in Zukunft möglicherweise in verschiedenen Anwendungsfeldern finden. Auf der einen Seite in der Biophysik zur Einfärbung von Zellen, auf der anderen Seite in der medizinischen Diagnostik. Es ist denkbar, dass man Krebstherapien damit optimieren kann, vielleicht sogar Krebsfrüherkennung, damit viel effizienter und auch umweltfreundlicher und für den Patienten vielleicht auch weniger belastend, realisieren kann. Es ist möglich, dass man sie im Krankenhaus findet in der medizinischen Diagnostik, bei bestimmten Verfahren wie zum Beispiel der Kernspinresonanztomographie können unsere Diamanten als empfindliche Sensoren eingesetzt werden. Dann werden die Geräte weniger aufwändiger, kompakter und damit auch kostengünstiger. Es ist auch denkbar, dass man unsere Diamanten zukünftig in Computern findet als Prozessorkern oder aber auch auf oder an Datenleitungen als zentrale Elemente für die Übertragung von Daten.
Was begeistert Sie an Ihrer Arbeit?
Ich bin begeisterter Quantenphysiker, weil man auf der einen Seite die Quantenmechanik, das ist ja so ein bisschen das Herzstück der modernen Physik, benutzen kann. Und wenn man sie gut versteht, auch in eine Quantentechnologie umsetzen kann. Das heißt, man kann so komplexe physikalische Systeme aufbauen, wirklich synthetisieren im Labor, die der Quantenmechanik gehorchen, wie man sich das vor 10 Jahren noch nicht hat vorstellen können und man kann sie eben nutzen. Das wäre das erste Mal, dass die Quantenphysik wirklich technisch genutzt würde und das begeistert mich besonders.
Zur Übersicht Menschen in der Forschung