14 September 2022

Nathalie Picqué gewinnt Falling Walls Award "Science Breakthrough of the Year"

Sie erhält die Auszeichnung für ihre bahnbrechenden Arbeiten über optische Sensoren mit interferierenden Regenbogen aus Lichtwellen.

Jedes Jahr am 9. November ehrt der Falling Walls Science Summit in Berlin große wissenschaftliche Durchbrüche des Jahres als „Science Breakthroughs of the Year“ und gedenkt dabei dem historischen Fall der Berliner Mauer. Die Auszeichnung wird für bahnbrechende Forschungsergebnisse in allen akademischen Disziplinen vergeben. Heute hat die Stiftung des Falling Walls Awards die Gewinner des Jahres 2022 bekanntgegeben. In der Kategorie Physik hat die Jury Nathalie Picqué – Forschungsleiterin am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching – aus rund 100 internationalen Nominierten, 30 "Finalisten" und 10 "Gewinnern" ausgewählt. Sie erhält die Ehrung für ihre Entwicklung des Doppelkamm-Interferometers, das in der Spektroskopie und Holografie eingesetzt werden kann und einzigartige Eigenschaften wie Frequenzmessungen, Genauigkeit, Präzision und Geschwindigkeit bietet.

Nathalie Picqué ist seit 2008 Forschungsgruppenleiterin in der Abteilung Laserspektroskopie am Max-Planck-Institut für Quantenoptik. Sie und ihr Team erforschen hier neue Ideen rund um die Konzepte der interferierenden Lichtwellen und Laserfrequenzkämme. Frequenzkämme – erstmals konzipiert und gebaut von Professor Theodor Hänsch – liefern ein breites Spektrum von genau gleichmäßig verteilten Spektrallinien, deren Frequenzen mit der Präzision einer Atomuhr bestimmt werden können. Nathalie Picqué hat gezeigt, wie man Moleküle genauer als je zuvor untersuchen kann, indem man breitbandige Molekülspektren mit Tausenden oder Millionen von Kammlinien des Frequenzkammes gleichzeitig abfragt. Sie verwendet dazu einen einzelnen schnellen Photodetektor, um das Hochfrequenz-Interferenzsignal zwischen zwei optischen Frequenzkämmen mit leicht unterschiedlichen Linienabständen zu messen. Dabei werden keine beweglichen Spiegel benötigt und die Aufnahmegeschwindigkeit ist bis zu eine Millionen Mal schneller als die eines herkömmlichen Fourier-Transform-Spektrometers. Bei der Doppelkamm-Spektroskopie werden Signale durch Abtasten des Zeitintervalls zwischen ultrakurzen Lichtimpulsen aufgezeichnet, so dass die Auflösung nicht durch die Größe des Spektrometers begrenzt ist. Ein mikrofabrizierter hochselektiver Sensor für molekulare Gase in der Luft ist so klein, dass er in ein Smartphone passen könnte.

Nathalie Picqué hat sogar die Doppelkamm-Spektroskopie mit photonenzählenden Detektoren bei sehr niedrigen Intensitäten demonstriert. Indem sie den Einzeldetektor durch eine schnelle Kamera ersetzte, hat sie kürzlich eine neue Art der digitalen Holografie entwickelt, die einen spektralen Hyperwürfel von Hologrammen erzeugt. Mit einem Hologramm pro Kammlinie werden eine molekülselektive dreidimensionale Abbildung und präzise absolute geometrische Messungen ohne Phasenmehrdeutigkeit möglich. "In Zukunft können wir vielleicht die Form eines großen dreidimensionalen Objekts bis auf die Größe eines Atoms messen", erklärt Nathalie Picqué.

Nathalie Picqué hat bereits eine Reihe bedeutender Preise und Auszeichnungen erhalten, darunter 2021 den Gentner-Kastler-Preis der französischen und deutschen physikalischen Gesellschaften. 2022 erhielt sie als erste Wissenschaftlerin in Deutschland, die in der Atom-, Molekül- und optischen Physik arbeitet, einen ERC Advanced Grant.

"Ich freue mich darauf, unsere Arbeit beim Falling Walls Science Breakthrough Day am 9. November 2022 in Berlin einem großen Publikum zu präsentieren", erklärt Nathalie Picqué. "Mein Team und ich sind gespannt, welche Mauer wir als nächstes niederreißen können."

Quelle: MPQ website.

In diesem kurzen Video erklärt sie ihre Forschungsarbeit: