Physik Journal, März 2016

TA G U N G E N

Physik Journal 15 (2016) Nr. 3

DNA Nanotechnology meets

Plasmonics

601. WE-Heraeus-Seminar

Die Nanophotonik hat zum Ziel, das

Verständnis der Licht-Materie-Wechsel-

wirkung zu verbessern und neuartige op-

tische Komponenten zu entwickeln, z. B.

logische Gatter, die statt herkömmlicher

Elektronik photonische Interaktionen

nutzen. Neben Halbleitern und Dielektri-

ka eignen sich für solche Untersuchungen

insbesondere Metalle und metallische

Nanopartikel aufgrund der starken Kopp-

lung ihrer Oberflächenplasmonen an

das elektromagnetische Feld. Um Licht

gezielt beeinflussen zu können, sollten

die Materialien auf einer Längenskala

strukturiert werden, die etwa eine Grö-

ßenordnung kleiner als die Wellenlänge

des zu manipulierenden Lichts ist, für

sichtbares Licht also unter 50 nm. Zur

Ergänzung herkömmlicher Lithographie-

methoden bieten sich für diese Aufgabe

Selbstassemblierungsmechanismen an.

Die erfolgreichste und vielseitigste dieser

„bottom-up“-Methoden ist die DNA-

Nanotechnologie, die auf dem selektiven

Erkennungsmechanismus komplemen-

tärer DNA-Stränge beruht, die sich

durch geschickte Wahl ihrer Sequenzen

in beliebige Formen falten lassen. Dank

der „DNA-Origami-Methode“ hat die

DNA-Nanotechnologie in den letzten Jah-

ren gewaltige Entwicklungen durchlebt.

Heute nutzen weltweit mehr als 100 Grup-

pen diese Methode, um Designer-3D-

Nanostrukturen herzustellen und so unter

anderem plasmonische Nanopartikel und

-stäbchen mit Nanometerpräzision im

Raum anzuordnen.

Im 601. WE-Heraeus-Seminar kamen

renommierte Vertreter der teilweise sehr

unterschiedlichen Felder Plasmonik

und DNA-Nanotechnologie zum ersten

Mal in einem gemeinsamen Workshop

zusammen. Dabei wurden die aktuellen

Entwicklungen der DNA-Selbstassem-

blierungmethoden imWechsel mit den

interessantesten Fragen der Plasmonik

in Vorträgen und zwei Postersitzungen

behandelt. Besonders erfreulich war, dass

bereits gut die Hälfte der Vorträge und

der Großteil der Poster die Kombination

der beiden Felder zum Thema hatten. Da

die vielen ausgezeichneten Beiträge hier

nicht einzeln gewürdigt werden können,

sei nur das besondere Engagement von

Nadrian (Ned) Seeman hervorgehoben,

der als Gründer des DNA-Nanotechnolo-

giefeldes nach seinem Eröffnungsvortrag

den gesamten Workshop aktiv unterstützt

und die sehr unterhaltsame und einsichts-

reiche abschließende Podiumsdiskussion

bereichert hat.

Neben allen Teilnehmern, die den

Workshop durch die vielen lebhaften

Diskussionen zu einem großem Erfolg

gemacht haben, wollen wir nicht zuletzt

der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung

Prof. Dr. Laura

Na Liu

, Universität

Heidelberg

Prof. Dr. Tim Liedl

LMU München

Dr. Helmut Schult-

heiß

, Helmholtz-

Zentrum Dresden-

Rossendorf

Dr. Andrii Chumak

TU Kaiserslautern

und allen Mitarbeitern für die großartige

Unterstützung dieses neuen, vielverspre-

chenden Themas danken.

Laura Na Liu und Tim Liedl

Magnonics: Spin Waves Connec-

ting Charges, Spins and Photons

603. WE-Heraeus-Seminar

Magnonen sind kollektive Anregungen

des Elektronensystems und lassen sich

als die Präzession der Elektronenspins

verstehen, losgelöst von jeglichem La-

dungstransport. Die kollektive Natur wird

durch die Austausch- sowie die Dipol-

Dipol-Wechselwirkung getragen, was zu

einer Kohärenz der Magnonen auf meso-

skopischen bis hin zu makroskopischen

Längenskalen führt und deren Potenzial

als Transportmedium für Spin-Informati-

on unterstreicht. Genau damit beschäftigt

sich die Magnonik, wobei der Name an

die Begriffe „Spintronik“ und „Photonik“

angelehnt ist, nur dass hier die Übertra-

gung und Verarbeitung von Informati-

onen mit Magnonen realisiert wird und

nicht mittels Ladungs- oder Lichtquanten.

Neue Erkenntnisse der Spintronik sowie

der Photonik haben den Weg der Magno-

nik als Brückentechnologie geebnet, die

auf der Zeit- und Längenskala die Lücke

zwischen der Physik der Ladungs- und

Lichtquanten schließen kann.

Ziel des Seminars, das vom 6. bis

8. Januar 2016 im Physikzentrum Bad

Honnef mit mehr als 80 Wissenschaftler/

innen stattfand, war es, diese enge Verstri-

ckung zwischen Magnonen, Elektronen

und Photonen zu diskutieren, neueste

Forschungsergebnisse vorzustellen und

ausreichend Raum für Diskussionen zu

schaffen. Der Schwerpunkt lag dabei

auf den Fragen: Was sind die Trans-

porteigenschaften von Magnonen in

Nanostrukturen? Welche neuen Materi-

alsysteme sind besonders vorteilhaft für

den Magnon-Transport? Wie lassen sich

Magnonen auf kurzen Längenskalen mit

Spinströmen anregen und verstärken?

Wie können wir Femtosekunden-Laser

nutzen, um Spinströme zu erzeugen und

diese mit Magnonen zu kombinieren?

Wie eröffnet THz-Spektroskopie einen

neuen Zugang zur Messung und Manipu-

lation von Magnonen, und welche Quan-

tenphänomene sind bei nichtlinearer

Anregung über Spinströme zu erwarten?

Insgesamt widmeten sich diesen Fragen

27 halbstündige Vorträge (16 davon

eingeladen), überwiegend gehalten von

Nachwuchsgruppenleiter/innen und

Doktorand/innen, begleitet durch zwei

lebhafte Postersitzungen, bei denen die

drei besten Poster mit Geldpreisen ausge-

zeichnet wurden.

Wir bedanken uns bei der Wilhelm und

Else Heraeus-Stiftung und insbesondere

bei Martina Albert für die finanzielle und

organisatorische Unterstützung.

Helmut Schultheiß und Andrii Chumak

Hybrid Systems for Quantum

Optics

604. WE-Heraeus-Seminar

Die Quantentechnologie könnte in

Zukunft die etablierten Ansätze in der

Elektronik, Informatik, Metrologie und

Kommunikationstechnik von Grund auf

revolutionieren. Daher wird weltweit ver-

sucht, skalierbare Plattformen für Quan-

tentechnologien zu entwickeln, in China,

Großbritannien und z. T. in den USA mit

umfangreichen Förderprogrammen. Bis-

her lag der Fokus hierbei auf jeweils einem

spezifischen Quantensystem, z. B. Halblei-

ter-Quantenpunkten, ultrakalten Atomen

oder Defektzentren. In den einzelnen

Gebieten gelang es in den letzten Jahren,

Verschränkung, einfache Quantenalgo-

rithmen und Quantenkommunikation ex-

perimentell zu testen. Trotz dieser beein-

druckenden Fortschritte ist bis heute kein

Weg zu einer echten Quantentechnologie-

plattform sichtbar, die auf einem einzigen

Quantensystem basiert. Zum Beispiel

eignen sich organische Moleküle sehr gut

als Einzelphotonenquellen, können Quan-

teninformationen aber nicht speichern. Im

Gegensatz dazu lassen sich ausgezeichnete

Quantenspeicher in Ensembles aus ul-

trakalten Atomen implementieren. Diese

eignen sich aber weniger zur effizienten

Erzeugung einzelner Photonen. Aus die-

sen Widersprüchen entstand die Idee von

Quantenhybridsystemen.

Wie sich das Beste aus den verschie-

denen Welten der Quantenphysik in

einer hybriden Quantentechnologie-

plattform verbinden lässt, wurde in dem

604. WE-Heraeus-Seminar erörtert, das

vom 10. bis 13. Januar stattfand. Über 80

Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus

14 Ländern diskutierten bis in die späten

Abendstunden intensiv über aktuelle

Resultate und neuste Ideen. Als vielver-

sprechender Ansatz kristallisierten sich

hierbei heterogene Quantennetzwerke

heraus. In solchen Netzwerken werden

verschiedene Funktionen wie Einzel-

photonenerzeugung, Speicherung von

Wilhelm und Else Heraeus-

Stiftung

Deadline für Anträge zur nächs-

ten Sitzung der Stiftungs-

gremien:

1. April 2016

(zur Sitzung Ende April 2016)

Bitte nehmen Sie schon vor der

Deadline Kontakt mit der

Stiftung auf.

Das vollständige Pro-

gramm ist auf

www.dna

plasmonics.de zu finden.