QuantumLeaP

Advancing Quantum Dot Lightsources by Learning from Proteins

01.10.2025 bis 30.09.2029

Kolloidale Quantenpunkte (QDs) werden häufig als „künstliche Atome“ bezeichnet, da sie viele Analogien zu echten Atomen aufweisen, einschließlich ihrer Fähigkeit zur Selbstanordnung in kristalline Strukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften, sogenannten Superkristallen. Derzeit zugängliche QD Superkristalle sind allerdings noch von geringer kristalliner Qualität, was den besonderen Schwierigkeiten bei der Kristallisation von makromolekularen Bausteinen wie QDs geschuldet ist. Der Entwicklungsstand von QD Superkristallen heute ist vergleichbar mit den Anfängen der Kristallisation von Proteinen, einer Teildisziplin der Strukturbiologie, die viele Jahrzehnte der kontinuierlichen Entwicklung spezieller Techniken hervorgebracht hat, die die spezifischen Anforderungen der Kristallisation von Makromolekülen berücksichtigen. Das Hauptziel dieses Projektes ist die Abwandlung solcher Techniken für die Darstellung von QD Superkristallen mit bisher unerreichter kristalliner Qualität. Dafür werde ich von führenden Experten auf dem Gebiet der makromolekularen Kristallisation lernen, diejenigen Techniken mit dem größten Potenzial für das Wachstum von QD-Superkristallen identifizieren und sie in der Arbeitsgruppe in Tübingen aufbauen. QD-Superkristalle mit auf diese Weise erhöhter kristalliner Qualität würden Anwendung finden in der optischen Datenkommunikation als ultrahelle Lichtquellen mit Gigahertz Bandbreite.
Das Arbeitsprogramm beinhaltet regelmäßige Forschungsaufenthalte am EMBL (Hamburg) zur Entwicklung der neuen Kristallisationsverfahren sowie an der ETH Zürich für die Bestimmung des kollektiven Abstrahlungsverhaltens der Superkristalle. Im Anschluss ist die Anschaffung neuer wissenschaftlicher Geräte in meinem Labor in Tübingen vorgesehen, um Doktoranden vor Ort in den neuen Techniken auszubilden und Synthesevorschriften für die verbesserte QD Kristallisation zu erarbeiten. Die Ausrichtung zweier internationaler Symposien zur Zusammenführung von Experten aus der biomolekularen Kristallisation und QD-Forschung, die Veröffentlichung eines Perspektiv-/Übersichtsartikels zum Thema und die Entwicklung einer Mastervorlesung an der U Tübingen sollen die Nachhaltigkeit dieser strategischen Entwicklung sicherstellen.