FUNCTIONAL MATTER: from designer materials to quantum technologies

Designer Materials and Quantum Technologies (DMQT)
Ein fakultätsübergreifendes Kooperationszentrum

Technische Universität Wien

Mehrere Gruppen an der TU-Wien haben sich in der Grundlagenforschung sehr gut positioniert, was zur erfolgreichen Einwerbung von mehreren Exzellenzprogrammen des FWF bzw. der EU geführt hat. Vor diesem Hintergrund haben sich Kollegen der TU Wien, die solche Verbundprogramme in der Grundlagenforschung koordinieren, zusammengefunden, um ihre Arbeitsgruppen, die an ähnlichen wissenschaftlichen Fragestellungen arbeiten, über die Fakultätsgrenzen hinweg besser zu vernetzen und die sich daraus ergebenden Synergien auszunützen. Die beteiligten Gruppen beschäftigen sich in der Grundlagenforschung mit Entwicklung, Design und Untersuchung neuer Materialien sowie deren Einsatz in einem breiten Gebiet, das von fundamentalen Experimenten bis hin zu neuen Bauelementen in der Chemie, den Materialwissenschaften, der Photonik oder der Quanteninformationsverarbeitung reicht.

Thematisch wollen wir uns im Bereich „from designed materials to quantum technologies“ positionieren. Dieser Bereich repräsentiert eine Stärke der TU Wien und spannt eine Brücke von fundamentalen Untersuchungen über Designer Materialien (molekulare und mesoskopische Systeme, Quantenmaterialien) zu technologischen Anwendungen (neue photonische und elektronische Bauelemente, Komponenten für die Quanteninformationverarbeitung, Biomedizin, Energietechnik). Eine solche Ausrichtung betont das spezifische Kompetenzfeld einer technischen Universität. Sie ist bewusst komplementär angelegt - sowohl zur ausschließlich anwendungsorientierten industrienahen Forschung als auch zu Initiativen im Bereich der Quantenoptik an den Universitäten Wien und Innsbruck, die keine ingenieurwissenschaftliche Komponenten haben.

In der Vergangenheit wurden Quantenphänomene nur der fundamentalen Wissenschaft und intellektueller Auseinandersetzung zugerechnet und in Gedankenexperimenten veranschaulicht. In den letzten Jahren haben nun die rasante Entwicklung der Quantenoptik, Atom- und Molekülphysik, physikalischen Chemie, Festkörper- Halbleiter- und Nanophysik die ersten konkreten Anwendungen der Quantenphysik ermöglicht. Zentral dafür war - und wird in Zukunft immer mehr sein - das Designen der ‚Matrix’ (der Materialien), in der Quantenphysik robust implementiert werden kann. Das beginnt mit Designer-Molekülen, speziellen Kristallen und Quantenmaterialien und geht bis zu nano-strukturierten Quantum Devices und maßgerecht geformten Lichtpulsen.

Die Quantenphysik hat Technologie sowohl durch neue Materialien, als auch durch die präzise Kontrolle der Licht-Materiewechselwirkung (kohärente Kontrolle, Attosekunden-Spektroskopie) vorangetrieben. Moderne Bauelemente benötigen sowohl neue Materialen als auch neue Methoden zur Manipulation. Dabei sind die künftigen Herausforderungen sowohl durch hohe Präzision, hohe Geschwindigkeit, vielseitige Integration diverser Techniken, sowie durch die Weiterentwicklung quanten-optischer Verfahren und deren Transfer in andere Bereiche zu meistern.

Durch ihre immer zentralere Stellung in der Entwicklung neuer Technologien wird die Quantenphysik eine der wichtigsten Wissens- und Technologiequellen des 21. Jahrhunderts sein. Die Entwicklung und Anwendung einer solchen revolutionären Quantentechnologie verlangt eine die Verbindung verschiedenster Grundlagenwissenschaften. Eine enge Zusammenarbeit an einem Ort ist unerlässlich.

Wir planen, die Basis des Kooperationszentrums durch die Integration neu berufener KollegInnen oder der Einrichtung von Nachwuchsgruppen zu verbreiten. Das Ziel ist die Errichtung eines international sichtbaren und führenden Zentrums durch eine qualitative und quantitative Stärkung, und das Erreichen einer kritische Masse. Dies kann aber nur unter Wahrung höchster Standards an internationaler Sichtbarkeit der Forschungsleistung der neuen Partner geschehen. Darüberhinaus ist die Beteiligung von hochqualifizierten Forschergruppen von außerhalb der TU zur Abrundung eines kohärenten Forschungsportfolios geplant - bei deutlicher Betonung der TU Wien als Zentrum dieser Aktivität.

Strategische Ziele

Schaffung einer interdisziplinären Plattform für grundlagen-orientierte Forschung als Basis für zukünftiger (Quantum) Technologien und damit der Positionierung der TUW in diesem Bereich
Erarbeitung interdisziplärer wissenschaftlicher Konzepte für zukunftsweisende, innovative Materialien bzw. Systeme
Koordinationsstelle für gemeinsame interfakultäre Aktivitäten und Einrichtungen
Organisatorische und intellektuelle Basis für Nachwuchsgruppen (START, ESF young investigator program, Marie Curie Excellence Chairs, etc …)
Interdisziplinäre Abstimmung der Dissertanten- und Masterausbildung, Bündelung des Ausbildungsangebotes der teilnehmenden Gruppen
Komplementarität bei der Grundlagenforschung innerhalb der TUW zu den Aktivitäten im COMET-Programm
Vorbereitung der Beteiligung an Exzellenzprogrammen, insb. zukünftige Exzellenzcluster des FWF, aber auch FSP, Doktoratskolleg, PEOPLE-Programm und Proactive Initiatives des 7.RP o.ä.

Die Grundvoraussetzung für innovative Anwendungen ist eine solide Durchdringung der wissenschaftlichen Grundlagen. Nur durch Synergien über Fachsbereichsgrenzen hinweg kann eine kritische Masse in diesem hoch innovativen und international kompetitiven Bereich erzielt werden, um die TU Wien z. B. in Exzellenzinitiativen zu positionieren. Dies hat nur Aussicht auf Erfolg, wo im Bereich der TU bereits wissenschaftliche Exzellenz und international sichtbare Spitzenforschung demonstriert wurde. Hierzu zählen z.B. Wittgenstein- und START Preise, laufende Spezialforschungsbereiche, EU-Projekte, International Research Schools, Doktoratkollegs etc.

 

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