Molekulare Schalter und Qubits
Ein Thema unserer Forschung sind schaltbare Moleküle, deren Zustand reversibel durch Licht oder andere externe Stimuli geschaltet werden kann. Neben Anwendungen in empfindlichster Sensorik auf der Nanoskala sind insbesondere einige magnetische Moleküle interessante Kandidaten als Qubits. Wir beschäftigen uns mit der Charakterisierung der Eigenschaften sowie des Schaltvorgangs mit synchrotron- und FEL-basierten Methoden.
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„A watched pot never boils“ – dieses alte englische Sprichwort zielt auf unser subjektives Zeitempfinden, beschreibt aber auch ein Problem moderner Quantentechnologien: den Einfluss eines Beobachters bzw. einer klassischen Messung oder Wechselwirkung mit der Umgebung. Dieser Einfluss führt dazu, dass die besonderen Quanteneigenschaften innerhalb der sog. Dekohärenzzeit verloren gehen und sich das Quant wie ein klassisches Teilchen verhält. Beim Quantencomputing muss die Wechselwirkung mit der Umgebung minimiert werden, damit die Dekohärenzzeit möglichst lang wird.
Zur Realisierung der Hardware eines Quantencomputers werden aktuell zahlreiche unterschiedliche Ansätze verfolgt, wir fokussieren uns auf Metallionen-Komplexe mit Lanthanid-Ionen. Bei diesen sind die relevanten magnetischen 4f-Zustände von delokalisierten (5s,5p)-Zuständen abgeschirmt wie von einem Faradayschen Käfig. Die Wechselwirkung mit dem Atomkern kann in der Theorie durch Kristallfeld-Engineering ausgelöscht werden.
Die Überprüfung der theoretischen Vorhersage ist Thema unserer Forschung in Kooperation mit Chemiker*innen vom Forschungszentrum Jülich und RWTH Aachen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf Untersuchungen des Einflusses von Modifikationen des Kristallfelds (Änderung von Symmetrie und/oder Bindungslängen) auf elektronische Struktur und magnetische Eigenschaften.