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Experimentalvortrag Chemie

Foto: Universität Paderborn, Adelheid Rutenburges

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Laserprojektionen im HNF

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Manometer einer CO2-Löschanlage

Foto: Universität Paderborn, Adelheid Rutenburges

| Forschungsporträt

Modelle für Quantentechnologien

Prof. Dr. Stefan Schumacher berechnet die Wechselwirkung von Halbleitern und Molekülen mit Licht

Physiker Stefan Schumacher arbeitet nicht im Labor, sondern am Computer: An Hochleistungsrechnern modelliert er Halbleiter- und Molekülstrukturen im Nanobereich, also auf kleinster atomarer Ebene, und simuliert ihr Verhalten anhand komplexer mathematischer Gleichungen. Sein Interesse liegt vor allem im fundamentalen Verständnis der untersuchten Systeme. Darüber hinaus will er ihre Eigenschaften und deren Wechselwirkung mit Licht für optische Quantentechnologien nutzbar machen.

Stefan Schumachers Arbeitsgruppe in der Fakultät für Naturwissenschaften beschäftigt sich mit der „Theorie funktionaler photonischer Strukturen“, teils im Grenzgebiet zwischen Physik und Chemie. Innerhalb des interdisziplinären „Center for Optoelectronics and Photonics Paderborn (CeOPP)” und des zugehörigen Sonderforschungsbereichs schafft sie die theoretischen Grundlagen für Experimente in der Photonik: Ziel ist es unter anderem, Einzelphotonen als kleinste Teilchen des Lichts zu erzeugen, um sie als Informationsträger für neue Kommunikationstechnologien zu nutzen. „Wir arbeiten zusammen mit der Arbeitsgruppe von Prof. Artur Zrenner an einer Einzelphotonenquelle, mit der wir quasi auf Knopfdruck Photonen mit maßgeschneiderten Eigenschaften für die Quantenkommunikation hervorbringen können.“

Auch in einem anderen Forschungsprojekt geht es um Datenübertragung und die Manipulation von Licht: Stefan Schumacher will Laserlicht, das in unseren Kommunikationssystemen zur Informationsübertragung genutzt wird, nicht mehr über elektronische Bauteile, sondern rein über eine weitere Lichtquelle in bestimmte Richtungen umlenken. Das nennt man optische Schalter. „Im Grunde konzentriert sich die Anwendung meiner Forschung darauf, Licht mit Licht zu kontrollieren, also z. B. Licht mit bestimmten Eigenschaften zu nutzen, um die räumliche Ausbreitung von Licht zu steuern.“

Die Wechselwirkung mit Licht interessiert Stefan Schumacher auch bei sogenannten photochromen Molekülen: Diese ändern ihren Zustand, und damit ihre Eigenschaften, wenn sie mit Licht bestrahlt werden. „Dieses Phänomen wird zum Beispiel für Sonnenbrillen genutzt, die sich bei Sonneneinstrahlung automatisch verdunkeln.“ Für andere Anwendungen dieser photochromen Strukturen im Bereich moderner optischer Technologien ist Stefan Schumacher im Bereich der Grundlagenforschung tätig.

Bereits fünf Jahre als Juniorprofessor an der Universität Paderborn beschäftigt, ist Stefan Schumacher jetzt mit einer Heisenberg-Professur der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ausgezeichnet worden.

Text: Frauke Döll

Ansprechpartner

Stefan Schumacher

Prof. Dr. Stefan Schumacher

Theorie funktionaler photonischer Strukturen

Zur Person

Die Universität der Informationsgesellschaft