University of Hamburg

研究生院卓越集群 ‚CUI：高级物质成像

我们在以下核心领域不断提供博士和博士后职位，并邀请高素质和积极主动的候选人申请。大多数职位将保持空缺直至填补。欲了解更多信息，请联系相应的主管：

• A：设计量子物质的动态涌现
• B：捕捉新兴化学反应
• C：探索异构系统中的出现

A：设计量子物质的动态涌现

A 区的研究重点是可以很好控制的量子系统：量子气体和固体。在这里，我们的目标是理解和控制在非平衡或精心定制的平衡设置中出现的新功能，这些功能迄今为止在环境条件下不存在。

特别是，研究小组将解决以下问题：

• 如何利用光学或电子驱动来提高非平衡超导体的临界温度？
• 我们如何通过拓扑创建、理解和控制新型交互系统？
• 我们如何逐个原子地组装多体系统，以实现特别强大的磁性或超导多体状态？
• 当利用非经典光来准备和控制物质的集体属性时，我们可以获得什么？

A 区所有研究项目的一个共同点是，这些问题是通过宏观固体实验和类模型系统（例如量子气体模拟器和表面磁性原子阵列）之间的密切合作来解决的。在此基础上，我们将解决和理解基本的量子现象，从而揭示其他领域所需的指导原则。在这里我们可以特别注意电子自由度，因为晶体顺序抑制核重排。

对单个原子的完全量子控制将通过扫描隧道或量子气体显微镜来实现，而光的完全量子性质将在非经典光和强光与物质耦合的实验中得到利用。

A 区体现了我们最终希望对 B 区和 C 区研究的更复杂的构建块实现的高度控制。

B：捕捉新兴化学反应

研究领域 B 的目标是中小尺寸的分子，尽管它们的原子成分数量有限，但已经拥有大量的自由度。这些系统中的突现行为是通过电子子系统和核子系统之间的紧密耦合而产生的，并且可以通过与溶剂或表面环境的相互作用进一步促进。

在该领域，研究小组将解决以下核心问题：

• 化学反应背后的关键新兴自由度是什么？
• 我们如何利用光来强制执行所需的化学反应Pathway ？
• 我们能否利用强光-物质耦合来预测、识别和控制新的集体状态？那么我们可以使用光子来定制化学过程或相变吗？

与区域 A 相比，区域 B 的复杂性增加了，因为在化学反应过程中，原子位置不受准调和限制；平移周期性被打破。化学的出现依赖于电子和核运动所产生的动态相互作用，这产生了化学反应背后的集体自由度。

为了识别和表征关键新兴自由度所采取的动力学Pathways ，我们将利用强大的 X 射线和电子散射和光谱技术，与理论密切相关。由此产生的见解将为开发有效的光学控制策略来控制化学反应提供关键线索。

实现转向化学的梦想将对 A 区和 C 区产生影响，我们的最终目标是获得对蛋白质构象和功能或固体中竞争相等多种过程的光学控制。

C：探索异构系统中的出现

C区的研究对象，生物大分子和人造纳米结构，与中等大小的分子和块状固体相比，是下一个层次功能的典型代表。我们的长期目标是对导致蛋白质或有效光催化剂等功能出现的过程实现与 A 区和 B 区类似的理解和控制。

研究小组将解决以下具体问题：

• 动力学和异质性在大分子功能中的作用是什么？
• 纳米尺度的结构形成如何导致天然和人造纳米材料的新兴功能？
• 电子传输如何在分离的纳米级量子系统之间出现？

这些问题自然是通过对 B 区化学的新理解以及 A 区拓扑和新颖控制方法的重要性而提出的，这些问题必须与原子尺度构象动力学成像新能力的发展相结合。

在 C 区，我们最大程度地利用 XFEL 革命，在某些情况下，利用 A 区开辟的非线性机制。C 区的所有项目还需要新的样品制备和理论描述方法失去平衡的复杂物质。

在C区，多个时间和长度尺度上的耦合过程对于功能的出现至关重要。例如，电子运动与单个原子核的耦合取决于较大分子或纳米颗粒子系统的构象变化。与能源（例如来自环境的能源）一起，这会导致反馈回路产生能量景观的动态变化，这些变化在生物学中被利用，以试管化学无法做到的方式极大地增强和引导化学反应。我们的目标是能够通过控制原子和分子尺度的基本相互作用来设计此类功能。

从这个意义上说，C区可以理解为A区和B区的自然延伸，我们正处于从相干多体量子物理体系向经典描述过渡的阶段，这仍然对适当的理论提出了重大挑战。描述。

随着我们对物质的控制随着 A 区和 B 区系统的复杂性和异质性的增加而增长，这里开发的方法对于集群将变得越来越重要。

所有博士生都自动成为研究生院的成员，并享受研究生院的许多优势。这不仅包括强化课程，还包括申请资金的可能性，以便参观会议和研讨会或对著名机构进行合作访问。

学生可以使用集群基金组织自己的学校，并从各种学生活动和事件中获利。提供有关相应研究工作以及个人和专业技能的培训。

座谈会和由国际领先专家组成的丰富客座项目不仅补充了教育和培训项目，而且特别提供了亲身了解相应领域最新发展的独特机会。