“Wissenschaft für Jedermann”: Vorträge im Deutschen Museum

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Bild: Christoph Hohmann / NIM

Regt man einen Farbstoff an, sendet dieser nach einer gewissen Zeit Licht in der charakteristischen Farbe des Farbstoffes aus. Es kann allerdings passieren, dass die Energie der Lichtanregung während dieser Zeit an die unmittelbare atomare Umgebung des Farbstoffs quasi verloren geht.

Der Vortrag zeigt, wie man diesen eigentlich unerwünschten Verlustkanal dazu benutzen kann, den Zustand von Farbstoffen elektrisch auszulesen. Insbesondere werden Farbstoff-Zentren in Nano-Diamanten diskutiert, die in der Wissenschaft seit mehreren Jahren als mögliche Bauteile eines künftigen Quantencomputers untersucht werden. Es zeigt sich, dass sich einzelne Farbstoffzentren auslesen lassen, die nur aus wenigen Atomen bestehen, und dass der Ausleseprozess gleichzeitig ungewöhnlich schnell ist. Damit wird aufgezeigt, wie ein Lesekopf eines zukünftigen Quantencomputer funktionieren könnte.

Forschung

Die Forschung von Prof. Dr. Alexander Holleitner widmet sich der Untersuchung nanoskaliger Materialien, die sich in zukünftige elektrische Schaltkreise und optoelektronische Bauelemente integrieren lassen. Insbesondere erforscht er elektronische Prozesse, die nach Absorption von Licht in entsprechenden Schaltkreisen auftreten. Seiner Gruppe und ihm gelang es, derartige Photoströme mit einer zeitlichen Auflösung von unter einer Pikosekunde zu messen. Damit werden photovoltaische, optoelektronische und thermoelektrische Prozesse in nanoskaligen Schaltkreisen direkt beim Entstehen zugänglich.

Graphik: copyright: NIM - Christoph Hohmann

Vita

Ausbildung

Berufliche Tätigkeit

Mitgliedschaften

• Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG)
• American Physical Society (APS)

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Erste in-vivo Vielfach-Kontrast-Röntgenaufnahmen einer Maus. (links) Konventionelle Röntgenaufnahme aufgrund von Abschwächung. (mittig) Differentielle Phasenkontrast-Aufnahme aufgrund von Röntgenbeugung. (rechts) Dunkelfeldaufnahme aufgrund von Kleinwinkel-Röntgenstreuung. Die weißen Balken entsprechen 1 cm. Bild: M. Bech / TUM

Jeder hat wohl schon einmal ein Röntgenbild gesehen: Deutlich erkennt man Knochen oder Zähne, aber feine Gewebestrukturen verschwimmen für den Laien wie den Arzt in einem grau-schwarzen Schleier. Die Bilder oder die 3D-Darstellungen der konventionellen Röntgen-Computer-Tomographie (CT) beruhen auf der unterschiedlichen Röntgentransmission von verschiedenen Gewebe- und Knochenstrukturen. Besonders zur Untersuchung von Weichgewebe – wie Lunge, Herz oder Gehirn – liefert der Kontrast von herkömmlichen Röntgentechniken keine detailreichen Aufnahmen.

Dieser Vortrag erklärt eine neuartige Technik zur Bildgebung mit Röntgenstrahlen, die das deutlich verbessern könnte: die Phasenkontrast-Röntgentomographie, die auf der Interferenz des Röntgenlichts basiert. Da sowohl die Wellenlänge als auch die Wechselwirkung mit Materie für sichtbares Licht und Röntgenstrahlung völlig unterschiedlich sind, ist die experimentelle Umsetzung dieses Verfahrens für Röntgenlicht deutlich herausfordernder als in der optischen Mikroskopie. Die vorgestellte Lösung liegt in einem bildgebenden Interferometer, das drei Beugungsgitter verwendet.

Bislang gelang es mit dieser neuen Technik bereits, Mäuse in vivo und mit einzigartigem Detail zu untersuchen; eine Fortentwicklung zu einem ersten klinischen Prototypen zur medizinischen Diagnose am Menschen ist in Gange.

Forschung

Prof. Pfeiffer (*1972) forscht auf dem Gebiet der biomedizinischen Röntgenphysik. Im Fokus der Forschung stehen neue bildgebende Methoden zur verbesserten Früherkennung und detaillierten Erforschung von Krankheiten, wie Krebs und Osteoporose. Sein wissenschaftliches Engagement reicht von grundlagenorientierter Forschung mit hochbrillanten Röntgenstrahlen an internationalen Großforschungsanlagen bis hin zu angewandter Erforschung neuer Konzepte in der Medizintechnik.

Vita

Prof. Pfeiffer studierte Physik an der LMU (1999) und promovierte am Institut Laue-Langevin (Grenoble) und an der Universität Saarbrücken (2003). Nach weiteren Stationen als PostDoc in Urbana-Champaign (USA, 2004) und Wissenschaftler am Paul-Scherrer-Institut (Schweiz, 2008) wurde er erst als Assistenzprofessor an die ETH Lausanne (2008) berufen. Von dort folgte er 2009 dem Ruf als Lehrstuhlinhaber für Biomedizinische Physik an die TUM.