Mit einem neuen Forschungsverbund wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Federführung der TU Darmstadt neue Grundlagen für energieeffiziente Quantentechnologien legen. Der Loewe-Schwerpunkt QuEnergy wird vom Land Hessen von 2027 an mit 4,8 Millionen Euro über vier Jahre gefördert. Eng eingebunden ist neben der TU die Philipps-Universität Marburg. Loewe steht für „Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz“, mit der das Land Hessen strategisch wichtige und innovative Forschungsprojekte stärken will.

„Ich freue mich, dass mit QuEnergy bereits der vierte Loewe-Schwerpunkt an der TU Darmstadt eingerichtet wird“, sagte TU-Präsidentin Tanja Brühl. „Der Verbund wird sich der wichtigen Zukunftsfrage widmen, wie sich Hochtechnologien deutlich energiesparender betreiben lassen.“ Ziel von „QuEnergy” ist es, grundlegende Konzepte für lichtbasierte Kommunikations- und Sensortechnologien zu entwickeln, die auf neuen Erkenntnissen in der Quantenphysik beruhen und mit deutlich weniger Energie auskommen als bisherige Verfahren. Zehn eng vernetzte Arbeitsgruppen bündeln dafür ihre Expertise aus Quantentechnologie, Optik, Festkörperphysik, Sensorik und Mikroskopie.

Quantenmechanik greift in Nanometer-dünnen Schichten von Solarzellen

Hintergrund ist, dass die aktiven Schichten heutiger Bauteile für Optik, Elektronik und Sensorik oft nur noch wenige Nanometer dünn sind. In diesem Größenbereich greift die klassische Physik nicht mehr – es gelten die Gesetze der Quantenphysik. Deren Effekte eröffnen nach Angaben der Forschenden völlig neue Funktionen. Zu diesen Phänomenen gehören etwa die sogenannte Verschränkung (zwei Teilchen sind so miteinander verbunden, dass sie sich wie eine Einheit verhalten), das Tunneln (ein Teilchen überwindet eine Barriere, obwohl es dafür eigentlich nicht genug Energie hat) und die Überlagerung (ein Teilchen kann sich in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden, solange es nicht gemessen wird). Moderne Solarzellen nutzen bereits den Tunneleffekt zur Effizienzsteigerung.

Das Konsortium QuEnergy arbeitet nun in Experiment und Theorie an drei Forschungslinien. In der ersten geht es um magnetische Halbleiter, die nur eine Atomschicht dünn sind. Sie sollen als winzige Bauteile dienen, die mithilfe von Licht Informationen speichern und verarbeiten können. Die zweite Linie nutzt die quantenphysikalischen Eigenschaften von Licht für energiesparende Bildgebung und Sensorik sowie für optische Speicher einzelner Lichtteilchen – ein Baustein für abhörsichere Quantenkommunikation. Der dritte Bereich untersucht die Bedeutung der Quantenmechanik für die Energieumwandlung in Molekülen, etwa für eine neue Generation von Solarzellen.

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Quelle: TU Darmstadt | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH