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Von den Genen der Seewürmer zum Magnetismus in Mikrowellenfeldern

Das Doktorandenprogramm QUSTEC ermöglicht 39 jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine Promotion an einer der Eucor-Universitäten. Seit März 2020 arbeitet Daria Sostina an ihrer Doktorarbeit am KIT. Ein Porträt.
QUSTEC DoktorandinKIT

„Das Beste an meiner Arbeit hier ist der Freigeist und die Aufgeschlossenheit meiner Betreuer,“ sagt Daria Sostina, die im Rahmen des QUSTEC-Programms als Doktorandin am Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) arbeitet. „Die Arbeit mit Professor Wernsdorfer und Dr. Philip Willke ist ganz anders, alles läuft sehr viel schneller und ist viel fortschrittlicher als sonst irgendwo. Dinge, für die andere Menschen normalerweise Jahre benötigen, erledigen sie in ganz kurzer Zeit.“ Daria schätzt die Freiheit, die ihr für ihre Arbeit am KIT gegeben wird, und dass Professor Wernsdorfer und ihr Betreuer Philip Willke neuen Ideen und Möglichkeiten gegenüber sehr aufgeschlossen sind. „Ich bin nicht nur ein Techniker, der den Chefs hilft, die Vakuumkammern zu schrubben. Ich kann mitreden und eigene Ideen einbringen,“ sagt sie. „Das weiß ich wirklich zu schätzen.“

Von Russland über Berlin, die Schweiz und Südkorea nach Karlsruhe

Daria Sostina kam im März 2020 ans KIT, gerade als die Corona-Pandemie Deutschland das erste Mal mit aller Macht traf. Trotzdem fühlte sie sich sehr willkommen und ihr Wechsel zur neuen Stelle verlief problemlos. „Es war eine große Hilfe, dass ich Philip bereits von einem früheren Forschungsaufenthalt in Südkorea her kannte und mit seinem Forschungsbereich vertraut war,“ sagt Daria. Die gebürtige Russin interessierte sich bereits während ihrer Schulzeit für Naturwissenschaften. Doch an der Universität in Russland kam sie erst über einen Umweg zur Physik. „Zunächst interessierte ich mich für Biologie und arbeitete im Bereich der molekularen Embryologie, wo ich mich mit der genetischen Forschung an Seewürmern befasste.“ Doch schon bald wurde ihr bewusst, dass Genetik nicht das war, mit dem sie sich bis zum Ende ihres Lebens wissenschaftlich beschäftigen wollte. „Es dauerte nicht lang und ich wendete mich der Physik zu,“ erklärt sie. „Die Experimente sind vorhersagbarer und das mag ich lieber.“ Während ihres Bachelorstudiums befasste sich Daria mit Magnetismus und untersuchte topologische Isolatoren und Graphen an den Elektronenspeicherringen BESSY in Berlin und SLS am Paul-Scherrer-Institut in der Schweiz. Nach einem weiteren Forschungsaufenthalt in Korea, wo Philip Willke damals als Postdoc arbeitete, machte sie ihren Master an der Swiss Light Source SLS in der Schweiz.

Kleine Komponenten, kleiner Kühlschrank

Ihr Promotionsprogramm am KIT ist auf drei bis vier Jahre ausgelegt. Ihre Dissertation befasst sich mit der Entwicklung neuer Verfahren zur Steuerung und Manipulation der Magnetisierungsdynamik von kleinen magnetischen Komponenten mit Mikrowellenfeldern. „Wir verstehen unter „kleine Komponenten“ ein einzelnes Atom oder ein einzelnes magnetisches Molekül. Mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie (Scanning Tunneling Microscopy, STM) soll dieses einzelne Atom nun manipuliert oder an eine bestimmte Stelle bewegt werden, an der sein magnetischer Zustand, auch Spin genannt, mit Hilfe von Radiofrequenzfeldern manipuliert wird,“ erklärt Daria.

Für ihre Forschung verwendet sie einen sehr kleinen Kühlschrank, der von Professor Wolfgang Wernsdorfer, einem Pionier im Bereich molekularer Qubits, entwickelt wurde. Dieser kühlt auf sehr niedrige Temperaturen unter 20 mK nahe dem absoluten Nullpunkt. „Wir spielen nicht nur mit den Elektronenspins der Atome und Moleküle, sondern auch mit den Kernspins, die ein für Quantencomputer geeigneteres Verhalten aufweisen,“ führt Daria aus. Die Versuche werden unter Vakuum durchgeführt, um atomare Kontaminationen der Probe beispielsweise durch Wassermoleküle zu vermeiden.“ Mit Hilfe eines selbstgebauten supraleitenden Vektormagneten können wir ein magnetisches Feld von wenigen Tesla in jeder Richtung anlegen. Dies ist wichtig für die Untersuchung von Spin-Qubits,“ erklärt Professor Wernsdorfer.

Aufgrund der Corona-Pandemie war es für Daria schwierig, Kollegen oder auch die Stadt Karlsruhe kennenzulernen. Trotz allem hat sie sich gut eingelebt und fühlt sich in Karlsruhe wohl. „Merkwürdigerweise erinnert mich die Stadt manchmal an Russland,“ sagt sie. „Sie ist nicht alt, die Architektur ist relativ neu.“ Zwischen den Lockdowns, als die Restaurants geöffnet waren, hatte sie Gelegenheit, einige deutsche Speisen zu probieren. „Ich mag Käsespätzle, eine regionale Spezialität, die ein bisschen wie eine lokale Version von Mac & cheese ist.“    

Forschungsaufenthalt an einer anderen QUSTEC-Einrichtung

Gefragt nach den größten Unterschieden der Arbeitsweisen in den verschiedenen Ländern, antwortet Daria: „In Europa ist die Bevölkerung gut verteilt. Die Städte sind im Vergleich zu Sankt Petersburg oder Seoul, wo Millionen Menschen leben, sehr klein. In Südkorea ist alles sehr schnell und sehr dynamisch. Sie haben ein ganzes Labor in weniger als einem Jahr aufgebaut und dafür 24 Stunden am Tag und jeden Tag in der Woche gearbeitet. Ich würde sagen, dass die Menschen in Deutschland eher dazu neigen, das große Ganze und nicht die Details zu sehen.“

Das, was Daria an dem QUSTEC-Programm mag, ist, dass Doktoranden in Deutschland, Frankreich und der Schweiz ihre Erfahrung austauschen sollen. „Ich habe in so vielen verschiedenen Ländern gearbeitet. Die internationale Ausrichtung des Programms war für mich ein wichtiger Grund, mich zu bewerben.“ Das Programm beinhaltet einen Forschungsaufenthalt in einem Eucor-Land (für Daria wäre dies die Schweiz oder Frankreich) für eine Dauer von sechs Monaten. „Ich hoffe, dass Corona dies bald zulässt. Ich würde gern an das IBM Forschungslabor in Zürich gehen,“ sagt Daria.

Eigeninitiative bringt voran

Ursprünglich hatte sich Daria für ein anderes QUSTEC-Projekt beworben. Als jedoch Professor Wernsdorfer Einblick in ihre Unterlagen bekam, weckten diese sein Interesse und er bat sie, bei seinem Projekt mitzumachen. „Er sagte mir, dass Philip in seinem Projekt mitarbeiten würde und sprach über seine Forschungsidee. Dann war es keine schwere Entscheidung mehr für mich und mir war klar, ich würde mitmachen,“ sagt Daria. Es sei wichtig, offen für Möglichkeiten zu bleiben, ergänzt sie. „Mein Rat für andere Studierende ist, die Initiative zu ergreifen, sich zu informieren, Kolleginnen und Kollegen nach Projekten zu fragen. Auf diese Weise erfuhr ich von QUSTEC.“ Und Philip Willke bestätigt: „Wir haben häufig interessante Projekte und suchen nach geeigneten Mitarbeitenden. Es ist überraschenderweise sehr schwierig, geeignete Doktorandinnen und Doktoranden zu finden, insbesondere solche mit einem internationalen Hintergrund und einer so großen Erfahrung wie Daria sie hat. Wenn Menschen wie Daria die Initiative ergreifen und uns ansprechen, dann sind wir mehr als glücklich.“ Professor Wernsdorfer ist überzeugt, dass Programme wie QUSTEC eine win-win-Situation für Studierende und auch Forschungseinrichtungen schaffen. Er betont: „Das QUSTEC-Programm ist eine großartige Möglichkeit, exzellente Studierende aus dem Ausland zu gewinnen. Im Moment ist Daria eine meiner besten Studenten und Studentinnen.

Das Wichtigste für Daria sind Flexibilität und Engagement. „Weiß, was du willst. Ergreif deine Chancen. Bleib flexibel und nicht immer auf einer Stelle. Ich bin in die Schweiz gegangen, obwohl meine Gruppe in Sankt Petersburg großartig war, aber ich wollte neue Erfahrungen sammeln. Dann stellte sich heraus, dass die Stelle in der Schweiz nicht die beste war und ich hielt meine Augen offen nach neuen Gelegenheiten und Möglichkeiten, und nun bin ich am KIT.“   

Über QUSTEC

QUSTEC ist ein Doktorandenprogramm, das durch den europäischen Verbund für territoriale Zusammenarbeit (EVTZ) Eucor – The European Campus eingerichtet wurde. Das Programm bietet Promotionsstellen mit außergewöhnlichen Ausbildungsmöglichkeiten im Forschungsbereich der Quantenwissenschaft und Technologie, und das in einem internationalen, interdisziplinären und sektorübergreifenden Kontext. Die Promotionsstellen sind an folgenden QUSTEC-Partnereinrichtungen angesiedelt: Universität Basel, Universität Freiburg, Karlsruher Institut für Technologie, Universität Straßburg, IBM Research – Zurich, Walther-Meißner-Institut für Tieftemperaturforschung.