Der mit dem Lichtteilchen zielt

ERC Advanced Grant für FAU-Physiker Prof. Dr. Gerd Leuchs

Die Kunst des Fokussierens: Wer meint, dahinter verbergen sich ein Psychologie-Ratgeber oder ein philosophischer Aufsatz, der irrt. Es geht um Licht. Genauer gesagt darum, ein Lichtteilchen so präzise auf ein einzelnes Atom treffen zu lassen, dass es von diesem aufgenommen wird. Dieser Absorption ist Prof. Dr. Gerd Leuchs, Physiker an der FAU und Direktor am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL), auf der Spur. Für sein Forschungsprojekt hat der Wissenschaftler jetzt einen über 1,5 Millionen Euro dotierten Advanced Grant des Europäischen Forschungsrates (ERC) erhalten.

Wenn sich eine schwarze Fläche in der Sonne aufheizt, wenn mit Hilfe von Licht in Solarzellen Strom gewonnen wird oder wenn sich Lichtstrahlen im Wasser brechen, spielt die Wechselwirkung von Licht und einzelnen Atomen oder Molekülen eine wichtige Rolle. Zwei elementare Prozesse sind dabei die Abgabe eines einzelnen Lichtteilchens, eines so genannten Photons, durch ein Atom sowie der umgekehrte Prozess, die Aufnahme eines Photons durch das Atom. Während die Emission grundsätzlich immer stattfindet, ist die Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Absorption vergleichsweise gering.

Hier setzt das Forschungsvorhaben von Prof. Dr. Gerd Leuchs an. Der Wissenschaftler will die Eigenschaften des Photons so anpassen, dass die Effizienz der Absorption steigt. Dazu müssen dem Teilchen die richtigen Merkmale aufgeprägt werden, unter anderem muss es aus allen Richtungen gleichzeitig auf das Atom zulaufen. Um dies zu erreichen, arbeitet die Forschergruppe um Prof. Leuchs mit einem sehr tiefen Parabolspiegel, in dessen Brennpunkt das Atom sitzt. Darauf fokussiert der Spiegel die entsprechend präparierten Lichtwellen. Doch ein einzelnes Atom an der richtigen Stelle so zu fixieren, dass das Photon von allen Richtungen darauf treffen kann, ist höchst kompliziert und eine der wesentlichen technischen Herausforderungen des Projekts. Ein Projekt, das im Übrigen das erste seiner Art weltweit ist. Neben dem Ziel, Licht-Materie-Wechselwirkungen effizienter zu machen, erwartet Leuchs auch neue Erkenntnisse für die Grundlagenforschung. Denn eine höhere Effizienz ist zum Beispiel für die Quanteninformatik und Quantenkommunikation unabdingbar.

Eine wertvolle Hilfe im wahrsten Sinne sind dafür die 1,5 Millionen Euro des ERC Advanced Grant über die kommenden fünf Jahre. Die EU fördert mit dem Preis unkonventionelle und wegweisende Forschungsprojekte renommierter Wissenschaftler. Und dass Lichtforscher Leuchs zweifelsohne zu diesem Kreis gehört, zeigt ein Blick auf seine bisherige wissenschaftliche Karriere: Der 63-Jährige hat mehr als 200 Aufsätze in Fachjournalen veröffentlicht, drei Bücher herausgegeben und ist Mitglied in einer ganzen Reihe wissenschaftlicher Gesellschaften, darunter die Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die Deutsche Physikalische Gesellschaft.

Seit 1994 forscht und lehrt er an der FAU als Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik. Studiert hat er in Köln und danach in München promoviert und habilitiert. Nach Forschungsaufenthalten in Colorado, USA, dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching und der Tätigkeit in einer Schweizer Firma für optische Instrumente, kam er vor knapp 20 Jahren an die FAU. Dort setzte er sich für die Gründung eines Max-Planck-Instituts ein – mit Erfolg: Die Einrichtung feiert im kommenden Jahr bereits fünfjähriges Bestehen und zieht 2015 in einen Neubau am Südgelände der FAU um. Für seine Arbeit als Gründungsdirektor des Max-Planck-Instituts sowie als Forscher erhielt Leuchs im Jahr 2012 das Bundesverdienstkreuz.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Gerd Leuchs
Tel.: 09131/85-28371
gerd.leuchs@physik.uni-erlangen.de