Dr. Mai Thi Nguyen-Kim hat vorgemacht, wie Wissenschaftskommuniktion geht und welche herausragende Bedeutung sie für uns alle hat. Ihr Vorlesung als Mercator-Professorin war ausgesprochen beeindruckend. Dass das Interesse an diesem Thema nicht neu bei uns ist, zeigt ein Podcast von André Maas mit dem Titel: Physics in “The Martian”
Er hat den Podcast im Rahmen eines von Cenide ausgerichteten Science Communication Podcast Workshop erstellt. Der Podcast-Workshop wurde von ausgesprochen erfahrenen Podcaster:innen geleitet: Theresa Schredelseker, Peter Kohl und der Star am Podcasthimmel Nicolas Wöhrl (Methodisch inkorrekt)
André Maas ist Doktorand in der AG Schleberger. In seinem Podcast geht es aber nicht über die Forschung zu seiner Doktorarbeit, sondern über die Physik in dem Spielfilm „Der Marsianer – Rettet Mark Watney“
Neugierig geworden? Dann viel Spaß beim Zuhören!

Elektrokatalysatoren gezielt optimieren

von Jennifer Meina

Keine nachhaltige Energie ohne Elektrokatalysatoren: Geht es um die Herstellung von Grünem Wasserstoff, braucht es Katalysatoren, die den Prozess der Wasserspaltung in Sauerstoff und Wasserstoff steuern. Doch unter angelegter Spannung verändert sich die Struktur des Katalysators, was auch die katalytische Aktivität entscheidend beeinflusst. Dieses Phänomen ist wenig erforscht und verstanden – bisher. Denn ein Forschungsteam unter der Leitung der Universität Duisburg-Essen und der Universität Twente hat die kristallfacettenabhängige Oberflächenumwandlung erforscht und wie diese die Aktivität der Sauerstoffentwicklungsreaktion steuert. Ihre Ergebnisse veröffentlichen sie nun in Nature Communications.

Katalysatoren gezielt optimieren, indem Nanopartikel mit einer bestimmten Oberflächenorientierung hergestellt werden – und damit kostengünstigen und umweltfreundlichen Wasserstoff herstellen. Dem Ziel sind Forschende der UDE, der Universität Twente, des Forschungszentrums Jülich und des Helmholtz Zentrums Berlin für Materialien und Energie nun ein gutes Stück nähergekommen. Sie untersuchten die komplementäre Halbreaktion, die parallel bei der Herstellung von Grünem Wasserstoff abläuft – die Entstehung von Sauerstoff. Diese Teilreaktion ist komplexer und erfordert hocheffiziente, kostengünstige und umweltfreundliche Anodenmaterialien. Doch hierbei wandelt sich oft die Struktur der Katalysators – ein Prozess, der bisher wenig verstanden ist.

Die Wissenschaftler:innen konnten nun erstmals nachweisen, dass diese Transformation auf die Orientierung der Oberfläche des Katalysators zurückzuführen ist und die Sauerstoffentwicklungsreaktion (Oxygen Evolution Reaction; OER) beeinflusst. Denn eine höhere OER-Aktivität bedeutet, dass der Katalysator effektiver Sauerstoff erzeugen kann, was wiederum die Effizienz und Nachhaltigkeit des Wasserstoffherstellungsprozesses verbessert.

Für ihre Studie verwendeten die Wissenschaftler:innen Lanthan Nickel Oxid-Filme (LaNiO₃) – ein kristallines Material der Klasse der „Perowskite“, das bei der Elektrokatalyse eingesetzt wird. Die Forschenden stellten fest, dass sich während der Reaktion die obersten Schichten transformieren und unterschiedliche OER Aktivität aufweisen. Dabei verbinden sich die oktaederförmigen Bausteine nun über die Kanten statt über die Ecken. Diese Oxyhydroxid-Struktur wurde mittels quantenmechanischer Simulationen auf verschiedenen Perowskit-Oberflächen von Achim Füngerlings in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Rossitza Pentcheva auf dem Hochleistungsrechner der UDE (magnitUDE) modelliert. „Die Ergebnisse zeigen, dass für die Facette mit der höchsten Aktivität die transformierte Schicht viel besser auf den darunterliegenden Perowskit passt“, so Füngerlings.

„Dies beeinflusst wesentlich die elektronischen und magnetischen Eigenschaften und erklärt die bessere OER-Aktivität“, erklärt Pentcheva. „Die enge Verzahnung von Experiment und Simulationen war entscheidend, um die zugrundeliegenden Mechanismen und Eigenschaften der Oberflächentransformation aufzuklären.“ Die Erkenntnisse aus der Studie sind wichtig für die gezielte Optimierung von Katalysatoren, indem künftig Nanopartikel mit einer bestimmten Oberflächenorientierung hergestellt werden.

Im Bild:
Links ist eine schematische Seitenansicht der transformierten Schicht (hellgrau) auf dem LaNiO3 Perowskitfilm (grün) zusehen -  aufgewachsen auf einem Substrat (braun). Auf der rechten Seite ist die vergrößerte Seitenansicht der transformierten Oxyhydroxid- Schicht (mit Spindichte an den Ni-Plätzen) aus den DFT/quantenmechanischen Simulationen.

Herr Gault vom Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH ist ein weltweit führender Experte auf dem Gebiet der Atomsondentomographie. Mit dieser Methode ist es möglich, Materialien bis auf ihre atomare Struktur und chemische Zusammensetzung zu untersuchen und somit die Beziehung zu physikalischen Eigenschaften in bisher unzugänglicher Präzision herzustellen. Herr Gault verstärkt mit seiner Expertise zur energierelevanten Forschung sowohl unsere Fakultät für Physik als auch den Forschungsverbund CENIDE. Er leitet zusammen mit Prof. Dr. rer. nat. Leopoldo Molina-Luna das Projekt “Advanced analytical electron microscopy and atom probe tomography” im SFB/TRR 270 HoMMage. Neben seiner wertvollen Unterstützung bei der Forschung wird Herr Gault auch Vorlesungen in unserer Fakultät halten. Am 12. Dezember 2024 wurde ihm vom Dekan der Fakultät für Physik, Prof. Dr. Michael Schreckenberg, die Ernennungsurkunde zur Honorarprofessur überreicht.

Publikation zu optisch geschalteten Magnetfeldern

von Birte Vierjahn

Vortrag zu den diesjährigen Nobelpreisen in Physik und Chemie

Wie schon berichtet sind die Themen Attosekundenpulsen und Quantenpunken, für die es dieses Jahr den Nobelpreis für Physik und den Nobelpreis für Chemie gab, ganz heiße Eisen bei uns im Sonderforschungsbereich SFB 1242. Die Nobelpreisträgerin für Prof. Dr. Anne L'Huillier war auch schon in unserem Kolloquium zu Gast. Prof. Dr. Axel Lorke gibt eine allgemeinverständliche Einführung. Wer sich für die brandaktuelle Forschung interessiert, ist herzlich eingeladen.

Zeit: Montag, 11. Dezember 2023, 18 Uhr
Ort: Lotharstraße 65, Gebäude LB, Raum LB 134 (Lageplan)

Über 160.000 Lichtjahre von uns entfernt gibt es auffallende Parallelen zu unserer Milchstraße: Obwohl Umgebung und Bedingungen unterschiedlich sind, entstehen die Himmelskörper auf gleiche Art und Weise. Prof. Dr. Rolf Kuiper von der Universität Duisburg-Essen gelang diese Entdeckung mit Kolleg:innen aus England und den USA mit einem Blick in eine andere Galaxie. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature– und bestätigt damit frühere Beobachtungen und gängige Theorien.

Sterne und Planeten in unserer Milchstraße entstehen aus gigantischen Wolken aus Gas und Staub. Zu Beginn ziehen sich die Wolken aufgrund ihrer eigenen Gravitation zusammen. Dabei verdichtet sich das Gas und Staub zu einer flachen rotierenden Scheibe, der Akkretionsscheibe. In ihrer Mitte entsteht ein junger Stern – um den später die Planeten oder weitere Sterne kreisen. Innerhalb dieser rotierenden Scheibe kollidieren und verschmelzen Staubkörner und mehr und mehr Materie entsteht. Schließlich erreichen diese eine ausreichende Größe, um selbst genug Schwerkraft zu erzeugen und sich zu vollwertigen Planeten zu formen. Dieser Prozess erstreckt sich über einen langen Zeitraum von Millionen bis Milliarden von Jahren.

Prof. Rolf Kuiper, an der Universität Duisburg-Essen (UDE) Professor für Theoretische Physik mit dem Schwerpunkt Planetenforschung, fokussiert seine Forschung auf die Akkretionsscheiben. Denn diese wurden bisher nur um Sterne in unserer eigenen Galaxie entdeckt. Das Team nutzte dazu eines der weltweit leistungsfähigsten Teleskope: ALMA steht in der chilenischen Atacama Wüste, wird von der ESO (European Southern Observatory) zusammen mit internationalen Partnern betrieben und funktioniert wie ein gigantisches Zoom-Objektiv. Damit lässt sich das Universum im Millimeter- und Submillimeterbereich des elektromagnetischen Spektrums mit noch nie dagewesener Sensitivität und Auflösung erforschen.

Mit seinen Kolleg:innen konnte er nun mit der neuesten Konfiguration des ALMA-Teleskops zum ersten Mal nachweisen, dass eine Akkretionsscheibe ebenfalls um einen Stern außerhalb unserer Galaxie rotiert, in der Großen Magellanschen Wolke. „Das weist darauf hin, dass Sterne in anderen Galaxien ähnlich entstehen wie bei uns“, sagt Kuiper. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das System aus Stern, Jet und Scheibe in diesem Fall optisch sichtbar ist und nicht, wie bei einem jungen massereichen Stern zu erwarten, tief in ihrer Ursprungswolke eingebettet ist. Die Erklärung: Die Umgebung ist anders als unsere, es gibt weniger schwere Elemente und weniger Staub. „Das hilft uns, noch besser zu verstehen, wie Sterne und Planeten entstehen.“

Bereits 2018 veröffentlichte das Team Forschungserkenntnisse, in denen sie den Jet nachweisen konnte, der zu diesem Stern und zu seiner Akkretionsscheibe gehört. Das Forschungsteam schlussfolgerte, dass massereiche Sterne wahrscheinlich auf ähnliche Weise wie massearme Sterne entstehen, indem sie Material von Scheiben um sich herum aufnehmen. Das bedeutet, dass die gleichen physikalischen Gesetze für Sterne unabhängig von ihrer Größe gelten. Diese Theorie konnte durch die neusten Beobachtungen nun ebenfalls bestätigt werden.

Bild:
Mithilfe des ALMA-Teleskops konnten die Wissenschaftler:innen nun eine Scheibe um einen jungen massereichen Stern in einer anderen Galaxie beobachten. Das Bild zeigt die Mutterwolke LHA 120-N 180B, in der dieses System (HH 1177) erstmals beobachtet wurde. Das Bild in der Mitte zeigt den Jet, der das System begleiten. Der obere Teil des Jets ist leicht auf uns gerichtet (blau); der untere Teil entfernt sich von uns (rot). Die Aufnahmen (r.) enthüllten damit die rotierende Scheibe um den Stern, deren Seiten sich ebenfalls auf uns zu und von uns wegbewegen.

Weitere Informationen:
Hier geht es zum Artikel: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06790-2

https://www.uni-due.de/physik/agk/

Prof. Dr. rer. nat. Rolf Kuiper, Fakultät für Physik, rolf.kuiper@uni-due.de

Redaktion: Jennifer Meina, Tel. 0203/379-1205, jennifer.meina@uni-due.de

Superstarke Permanentmagnete für Windräder oder Werkstoffe für die magnetische Kühlung – beide sind unverzichtbar für eine erfolgreiche Energiewende: Neue, optimierte Funktionsmaterialien sind die Eckpfeiler einer emissionsarmen Zukunft. Der bereits seit vier Jahren an der TU Darmstadt und der Universität Duisburg-Essen angesiedelte Sonderforschungsbereich „HoMMage*“ wird ab Januar 2024 für weitere vier Jahre mit rund 12 Mio. Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Wir gratulieren unserem Juniorprofessor Dr. Manuel Gruber zur Verleihung des Gaede-Preises der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Er erhält die Auszeichnung „für seine richtungsweisenden Arbeiten zu Spin-Crossover-Molekülen auf Oberflächen.“

Herr Gruber ist seit drei Jahren Junior-Professor in unserer Fakultät für Physik und führt bei uns seine Forschung zum Spin-Crossover von Einzelmolekülen fort, bei der er magnetische Moleküle an Oberflächen untersucht.

In seiner bahnbrechenden Forschung setzt er dazu sowohl Tieftemperatur-Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie als auch Synchrotronstrahlungs-basierte Spektroskopie ein. Sein Ziel ist es u. a., die Magnetisierung eines Moleküls durch mechanische Bewegung im Molekül zu kontrollieren. Interessant für ihn ist dabei auch der Einfluss molekularer Schichten auf den Oberflächenmagnetismus. Wie die Auszeichnung zeigt, halten viele andere Wissenschaftler:innen diese Frage und vor allem die Antworten von Herrn Gruber ebenfalls für außerordentlich interessant.
Seit Sommer 2022 ist er mit dem Projekt A08 ein wichtiger Teil des SFB 1242 „Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne.“
Manuel Gruber studierte Physik in Straßburg und wurde 2014 im Cotutelle-Verfahren an der Universität Straßburg und am KIT in Karlsruhe zugleich promoviert mit einer Arbeit zu elektronischen und magnetischen Eigenschaften von hybriden organisch-metallischen Grenzflächen. Anschließend hat er als Postdoc an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel in der Gruppe von Prof. R. Berndt geforscht, bis er zum 1. Dezember 2020 zum Juniorprofessur an der Universität Duisburg-Essen berufen wurde.

Die Auszeichnung ist verbunden mit einem Preisgeld von bis zu 10 000 €. Sie wird im März 2024 während der DPG-Jahrestagung in Berlin verliehen.

In die Welt der extrem kleinen Energieteilchen taucht das neue Schullabor der UDE ein: Im QuantumSchoolLab gehen Schüler:innen mit Hilfe von Lasern spannenden Phänomenen der Quantentechnologie auf den Grund. Die digitale Ausstattung des Labors mit interaktiven Lernstationen, die Augmented Reality unterstützen, wird jetzt vom Land Nordrhein-Westfalen aus EU-Mitteln mit knapp 45.000 Euro gefördert.*

Ob superschnelle Computer, hochsensible Sensoren für die Medizin oder abhörsicherer Datentransfer: Der Quantentechnologie gehört die Zukunft. „Mit dem QuantumSchoolLab möchten wir Schüler:innen für diese Schlüsseltechnologie begeistern und sie parallel in ihren digitalen Fähigkeiten fördern“, sagt Dr. Kirsten Dunkhorst. Sie leitet bereits das erfolgreiche NanoSchoolLab für Jugendliche an der UDE.

Im QuantumSchoolLab geht es um Zufallszahlen, Kryptographie, die Funktionsweise eines Quantencomputers oder das Phänomen der Verschränkung. Hierzu können Jugendliche mit Augmented Reality (AR) und einer an der UDE entwickelten AR-App forschen, Zusatzwissen und Materialien abrufen oder sich austauschen. Mit den Fördergeldern werden speziell ausgerüstete Tablets angeschafft und Lernstationen aufgebaut. Nutzen können das QuantumSchoolLab Klassen der Oberstufe. „Es wäre ein schöner Erfolg für uns“, so Dunkhorst, „wenn Jugendliche auf die Frage, was sie später mal machen wollen, antworten: irgendwas mit Quanten.“

*Das QuantumSchoolLab erhält die Mittel aus dem Programm REACT-EU-zdi. Damit fördern Nordrhein-Westfalen und die EU gezielt außerschulische Lernorte, die mit dem Geld ihre digitale Infrastruktur erweitern können.

Weitere Informationen:
Dr. Kirsten Dunkhorst, Leiterin QuantumSchoolLab/ NanoSchoolLab, Tel. 0203/37 9-3409, kirsten.dunkhorst@uni-due.de

Nach einem erfolgreichen Test im letzten Jahr, läuft seit Anfang des Schuljahrs zum ersten Mal ein offizieller Projektkurs „Energy Science“ mit der Karl-Ziegler Schule aus Mülheim. Wer unsere Fakultät kennt, weiß, dass der der Name des Projektkurses nicht zufällig so lautet – einen gleichnamigen Studiengang gibt es bei uns schon seit über 10 Jahren.

Zum Start des Projektkurses gab es jeweils an fünf Montagen Vorlesungen aus dem Bereich Energy Science von Prof. Dr. Martin Mittendorff und Prof. Dr. Dietrich Wolf. Um das Thema Energie auch aus einem anderen Blickwinkel kennenzulernen, waren die zwei Schülerinnen und fünf Schüler in der letzten Woche bei der Gesellschaft für Nuklear Service (GNS) in Mülheim zu Gast. Auf dem Programm stand dort zunächst ein Einführungsvortrag, in dem es um Kernenergie, um die technische Realisierung der Entsorgung hochradioaktiver abgebrannter Brennelemente und um End- und Zwischenlagerlösungen ging. Im Anschluss konnten sich die Schüler:innen bei einer Werksbesichtigung die berühmten CASTOR-Behälter selbst ansehen.

In der kommenden Woche geht es wieder an die Uni in das NanoSchoolLab. Dort führen die Schüler:innen Experimente unter Leitung von Dr. Kirsten Dunkhorst durch, die thematisch zu Energy Science passen.  Es sind erstmal zwei Einführungstermine geplant. Zum dritten Termin arbeiten die Schüler:innen dann hauptsächlich selbstständig an ihren jeweiligen Themen (z. B. Solarzellen, Wasserstoffautos, ...).

Die Schüler:innen können mit der Teilnahme am Projektkurs ihre Facharbeit ersetzen und müssen am Ende des Projektkurses Poster erstellen und einer Fachjury die benutzten Methoden, Experimente und Ergebnisse vorstellen – wie bei einer kleinen wissenschaftlichen Konferenz.

Dr. Anne-Kristin Pusch kümmert sich als Studiengangskoordinatorin nicht nur um den Studiengang Energy Science, sondern auch um die organisatorischen Belange des Projektkurses.

Ein an der UDE entwickeltes Verfahren ermöglicht es, Daten aus verrauschten Signalen auszulesen: Dazu haben Theoretische Physiker:innen und ihre experimentell arbeitenden Kolleg:innen zusammengearbeitet und ihre Erkenntnisse in der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachmagazins „Physical Review Research“ veröffentlicht. Die von ihnen beschriebene Methode könnte auch für Quantencomputer bedeutend sein.

Man kennt es vom Autoradio: Je schwächer das Signal, desto störender das Rauschen. Dieses Phänomen tritt auch bei Labormessungen auf. Forschende des Sonderforschungsbereichs 1242 und des Center for Nanointegration (CENIDE) an der UDE haben eine Methode beschrieben, wie sich aus Rauschen noch Daten gewinnen lassen.

Was in einem gängigen Computer ein Bit ist, also Zustand 1 (Strom an) oder Zustand 0 (Strom aus), übernehmen im Quantencomputer die Quantenbits, kurz Qubits. Dazu brauchen sie definierte und unterscheidbare Zustände. Diese können sich zeitgleich überlagern und ermöglichen daher ein Vielfaches der heutigen Rechenleistung eines üblichen Computers. So könnten sie auch da eingesetzt werden, wo heutige Supercomputer überfordert sind, so zum Beispiel bei der Suche in extrem großen Datenbanken.

Im Sonderforschungsbereich 1242 werden kleinste Strukturen und ihre Veränderungen untersucht, unter anderem auch Quantenpunkte. Diese nanometerkleinen Strukturen lassen sich in ihren elektronischen und optischen Eigenschaften im Labor maßschneidern. Vereinfacht ausgedrückt können ihre Elektronen zwei verschiedene Drehrichtungen einnehmen („Spin Up“ und „Spin Down“). So lassen sich die für Quantencomputer notwendigen Qubits realisieren. Diese sollten möglichst lange stabil sein, damit keine Information verloren geht. „Mit unserer neuartigen Technik konnten wir nachweisen, dass sich Spinzustände gezielt präparieren lassen und gleichzeitig bestimmen, wie lange ein solcher Zustand erhalten bleibt“, erklärt Dr. Eric Kleinherbers, bis vor Kurzem Postdoc in der Theoretischen Physik um Prof. Dr. Jürgen König, heute an der University of California, Los Angeles.

Dafür wurde eine Quantenpunkt-Probe dauerhaft einem anregenden Laser ausgesetzt und das entstehende Rauschen über lange Zeit aufgenommen. Den Theoretischen Physikern um Kleinherbers gelang es dabei, aus diesem scheinbar zufälligen optischen Signal die Lebensdauer der Spinzustände zu extrahieren. Diese Erkenntnis hatte Rolf Landauer, ein Pionier der Informationstheorie, schon 1998 vorhergesagt und mit dem Satz „Das Rauschen ist das Signal!“ zusammengefasst. Die verwendete Technik ermöglicht es nun, auch ältere, scheinbar nutzlose Daten vorangegangener Experimente noch einmal neu auszuwerten und bislang verborgen gebliebene Signale zu entdecken.

Im Bild: Blick in den geöffneten Kryostaten: In Betrieb wird der Objektträger mit montierter Probe im Vakuum bei rund -270°C analysiert.

Originalveröffentlichung:
https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.5.043103

Weitere Informationen:
Eric Kleinherbers, Theoretische Physik, Tel. 0203/37 9- 3322, eric.kleinherbers@uni-due.de

Redaktion: Peter Kohl, SFB 1242, Tel. 0203/37 9-2822, peter.kohl@uni-due.de

Michael Bieske beendete Anfang der Achtziger Jahre seine Ausbildung in der Mechanischen Werkstatt der Universität Essen und wurde der Gruppe damals empfohlen. Es stellte sich schnell heraus, dass wir damit ein großes Los gezogen hatten. Michael Bieske war ca. 40 Jahre bei uns und es gab in dieser Zeit fast nichts, von dem er sagte „das geht nicht". Ganz ganz selten sagte er dies, und dann ging es wirklich nicht! In sehr vielen Fällen führten seine Vorschläge und Ideen dazu, schnell eine Lösung für zum Teil anspruchsvolle Anforderungen zu finden. Er hat wesentliche Komponenten für verschiedene experimentelle Anlagen entwickelt, mit denen Experimente über viele Jahre sehr erfolgreich betrieben werden konnte. Nicht zuletzt hatte er auch einen beruhigenden und ausgleichenden Einfluss auf die gesamte Arbeitsgruppe. Michael hat sich nicht nur unseren professionellen Respekt sondern auch unsere Freundschaft erworben. Wir werden Michael Bieske sehr vermissen.

Prof. Dr. Dietrich von der Linde und Prof. Dr. Uwe Bovensiepen

am Mittwoch, den 13. Dezember 2023, im Hörsaal MC 122

Die Fakultät für Physik lädt alle Mitarbeiter:innen  der Fakultät ein - also alle Professor:innen, Mitarbeiter:innen in Technik und Verwaltung, Doktorand:innen und Postdocs.

13:00 Uhr Begrüßung, Rückblick und Ausblick durch den Dekan Prof. Dr. Michael Schreckenberg

13:45 Uhr Vortrag Prof. Dr. Axel Lorke: „Wer wird Millionär“, wohltemperierte Klaviere und Erdbeben: Eine bemerkenswerte Skala bestimmt unser Leben

14:45 Uhr Gemütliches Beisammensein bei Kaffee, Kuchen und Glühwein im Foyer vor MC 122

"Frühstück bei Tiffany"? Oder vielleicht doch lieber in der Fakultät für Physik zusammen mit den Mitgliedern der AG Mittendorff und AG Schleberger? Das Team von Radio Duisburg hatte allerlei leckere Brötchen im Gepäck - dafür gab es im Austausch einige überraschende Einblicke in die Labore und in die Frühstückskultur bei den Physiker:innen. Die Beiträge waren schon "on air", bevor alle ausgekaut hatten. Viel Spaß beim Zuhören!

Beitrag 1

Beitrag 2

Beitrag 3

Beitrag 4

Der Nobelpreis für Physik wurde vergeben für die Forschung zu Attosekundenpulsen, der Nobelpreis für Chemie für die Forschung an Quantenpunkten.  Damit sind dieses Jahr gleich zwei Themen ausgewählt worden, mit denen sich auch der SFB 1242 intensiv beschäftigt.  

Dr. Lukas Madauß hat für seine Promotion, die er Ende 2021 mit Auszeichnung in unserer Fakultät in der AG Schleberger abgeschlossen hat, den GANIL PhD Award gewonnen. Eine internationale Kommission hat den Preisträger ausgewählt. In seiner Arbeit „ Structurally modified two-dimensional materials for membrane applications” hat er sich mit der Nutzung von 2D Materialien in Membrananwendungen beschäftigt. Hierzu hat er unter anderem am Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL) in Caen Proben mit Ionen beschossen, um z.B. deren Porosität zu erhöhen. Die Arbeiten umfassen auch die Entwicklung von Verfahren, die zur Probenherstellung im Projekt C05 des SFB 1242 verwendet werden und bilden die Grundlage einer Zusammenarbeit mit der AG von Rakesh Joshi an der UNSW in Sydney.

Warum ein Flugzeug fliegt, haben die Studierenden der Fachphysikvorlesung "Physik der Luftfahrt" und der Lehramtsvorlesung "Physik rund ums Fliegen" bereits erlernt. Aber stimmt die Theorie wirklich mit der Praxis überein? Um genau dieses zu klären, haben sich Studierende der Studiengänge Physik, Energy Science und Lehramt Physik gemeinsam mit Dr. Florian Mazur in einen A320-Simulator begeben.

Nach einer Einführung konnte jeder Teilnehmende mit Unterstützung eines Instruktors einen Start in Düsseldorf durchführen, eine kleine Runde fliegen und anschließend wieder in Düsseldorf landen. Während des Fluges wurde der fundamentale Zusammenhang zwischen Auftrieb und Widerstand überprüft und ein Gefühl für die Bewegung mit drei Freiheitsgraden konnte entstehen. Die anschließenden Landungen haben mehr oder weniger gut funktioniert. Auf jeden Fall konnte sich die Gruppe in Form von Reifenspuren in den Rasenflächen neben den Landebahnen gut sichtbar verewigen.

Durch die Exkursion haben alle Teilnehmenden einen guten Einblick in die Welt der Fliegerei mit Verkehrsflugzeugen gewonnen und konnten das in den Vorlesungen Erlernte in der Praxis erleben und so das Verständnis der Physik hinter der Fliegerei vertiefen.

Weiter Bilder der Exkursion sind auf dem Instagramkanal der Fakultät für Physik zu finden.

Am 12. August dieses Jahres verstarb im Alter von 63 Jahren völlig unerwartet der langjährige Mitarbeiter unserer Fakultät Dr. Axel Carl. 

Axel Carl promovierte und habilitierte in der Arbeitsgruppe von Prof. Eberhard Wassermann mit Arbeiten zum Magnetismus und zum Magnetotransport von Nanostrukturen. Mit diesen Arbeiten war er auch im Sonderforschungsbereich 491 „Magnetische Heteroschichten“ aktiv und hat als weltweit einer der ersten Optische Interferenz-Lithographie zur groß-flächigen Herstellung periodischer magnetische Nanostrukturen eingesetzt. Neben seinen wissenschaftlichen Arbeiten hat sich Axel Carl auch immer für die Öffentlichkeitsarbeit engagiert. So gehörte er von Anfang an zum Team von „freestyle-physics“ und hat bis 2006 diesen großen Wettbewerb an der Schnittstelle zwischen Schule und Universität begleitet und mitgestaltet. Schließlich machte Axel Carl diese Leidenschaft zum Beruf und gründete eine Beratungs- und Veranstaltungsagentur, mit der er viele Jahre Schülerwettbewerbe und Festivals in Naturwissenschaft und Technik organisierte, unter anderem für die Klaus-Tschira Stiftung und die Deutsche Physikalische Gesellschaft, die ihm 2007 zusammen mit Eberhard Wassermann die Medaille für Naturwissenschaftliche Publizistik verlieh. 

Wir erinnern uns gern an seine verschmitzt-fröhliche Art und seinen Enthusiasmus, sowohl in der Wissenschaft als auch in deren Vermittlung für die Öffentlichkeit. 

Erst vor drei Jahren hat Emin Soukkan sein Lehramtsstudium bei uns in der Physik abgeschlossen. Seine Masterarbeit über Wasserstofftechnologie hat er in der AG Wolf, also in der Theoretischen Physik geschrieben. Inzwischen ist er MINT-Koordinator an der Gesamtschule Horst in Gelsenkirchen. Offenbar ist es ihm gelungen, seine Schüler:innen Alicia Jakschik, Leon Jason Backhaus und Leonie Marie Nielsen zu motivieren, eine besonders geniale Brücke zu konstruieren und damit den ersten Platz in der Alterskategorie II (ab Klasse 9) zu gewinnen.

„Unser Modell OMURGA ist eine elegante und robuste Fuß- und Radwegbrücke, die von der Wirbelsäule und ikonischen weißen Brücken wie der von Calatrava Santiago und der Brücke am Nordsternpark in Gelsenkirchen inspiriert wurde. Der Nordsternpark hat für uns eine besondere Bedeutung, da wir dort unsere Abschlussfeier abhalten und viele schöne Erinnerungen mit Freunden und Familie verbinden. Wir haben Holz als biegsames und robustes Material gewählt und diagonal von der rechten zur linken Seite gespannt, um die gewünschte Bogenform zu erzeugen. Die Herstellung der Bogenform war eine Herausforderung, die wir mit einem besonderen Seilsystem meisterten. Jeder Querschnitt der Bögen wurde eigenhändig geschnitten, um sicherzustellen, dass die Form und Größe perfekt auf unsere Anforderungen abgestimmt sind. Der Bodenbelag wurde selbst entworfen und aus kleinen Holzstücken zusammengesetzt.“

Herzliche Gratulation!

Die freestyle-physics 2023 haben begonnen! Bis einschließlich Freitag werden etwa 2.000 Schüler:innen aus ganz NRW erwartet, die ihre Lösungen zu den gestellten Aufgaben präsentieren. Vor allem eine kreative Idee, die sich mit einfachen Mitteln umsetzen lässt, ist meist der Königsweg zur Lösung.

Dieses Jahr stehen folgende Aufgaben auf dem Programm:

• Schaschlikbrücke - Wer überbrückt einen Meter nur mit Schaschlikspießen und Haushaltsgummis? Die Brücke muss ein vorgegebenes Gewicht tragen. Die leichteste Konstruktion, die standhält, gewinnt.
• Verrücktes Rennen - Nichts an diesem Gefährt darf rollen – vorankommen muss es trotzdem. Wie geht das, wenn Räder, Rollen und Ketten aus dem Rennen sind? Schon einmal vorweg: Tiere und kleine Geschwister sind als Fortbewegungsmittel nicht erlaubt.
• Crashtest - Nicht zimperlich dürfen die Tüftler:innen beim Crashtest sein. Ihr selbst gebautes Fahrzeug rast eine Rampe herunter und kracht gegen eine Wand. Das Ziel: so wenig vom geladenen Wasser wie möglich verschütten.
• Wasserrakete - Der Wettbewerbsklassiker: Ziel ist es, eine Rakete aus einer PET-Flasche zu bauen, die möglichst lange in der Luft bleibt. Abgefeuert werden die Raketen am Wettbewerbstag mit Luftdruck, selbst gebastelte Fallschirme dürfen zum Einsatz kommen.

Vier Tage Uni hautnah – für Schüler:innen ab 15 Jahren ist das bald wieder möglich. Vom 31. Juli bis zum 3. August öffnet die UDE die Türen dort, wo Wissenschaftler:innen Ideen zu den zentralen Zukunftsfragen austüfteln: Ob Biodiversität, E-Mobility, Renaturierung von Flüssen oder Nanotechnologie. Die Anmeldung zur Sommeruni in Natur- und Ingenieurwissenschaften (SUNI) ist ab sofort möglich.

Unter dem Mikroskop winzige Tierchen entdecken, spektakuläre Dächer aus hauchdünnen Materialien bauen und im NanoLab eine Farbstoffsolarzelle. Allerhand zu erforschen für die Schüler:innen in der letzten Ferienwoche – schließlich gibt es an der UDE mehr als 270 Studiengängen wie z.B. Water Science, Medizintechnik oder Nano Engineering. Gleichzeitig können sich die Jugendlichen mit Studierende austauschen, das Essen in der Mensa oder das Angebot des Hochschulsports testen und das Campusleben erkunden. Und weil es für die eigene Berufsorientierung auch wichtig ist, was Ingenieur:innen und Naturwissenschaftler:innen machen, wenn sie nicht gerade Universitätsprofessor:in werden, können die Teilnehmenden auch einen Tag bei einem der großen Industrieunternehmen in der Region verbringen.

Karen Shire, Prorektorin für Universitätskultur, Diversität & Internationales, freut sich auf die Veranstaltung: „Die Schüler:innen aus Duisburg, Essen und den umliegenden Städten sind damit Teil einer lebendige Universitätskultur – und sie können gleichzeitig herausfinden, welchen beruflichen Weg sie einschlagen möchten.“ Die Sommeruniversität, so die Wissenschaftlerin weiter, „ist eine tolle Chance, die Vielzahl der Möglichkeiten in den Natur- und Ingenieurwissenschaften kennen zu lernen und die UDE als internationalen und vielseitigen Wissenschaftsstandort zu erleben, der sich in besonderer Weise für Bildungserfolg engagiert.“

Mit der Sommer-Uni sollen vor allem junge Frauen Lust auf MINT – auf Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik – bekommen. Junge Männer sind bei der Sommer-Uni ebenso willkommen: Es gibt 25 Plätze für Jungen und 25 für Mädchen. Um sie gezielt anzusprechen und für ein MINT-Studium zu begeistern, sind die meisten Veranstaltungen nach Geschlechtern getrennt. Die Sommer-Uni kostet 35 Euro, inklusive Mensaessen. Und wer eine weite Anfahrt hat, kann in der Jugendherberge übernachten.

Weitere Informationen:
Anmeldung unter https://www.uni-due.de/sommeruni/

Dr. Regina Hauses, Prorektorat Universitätskultur, Diversität & Internationales, suni@uni-due.de

Redaktion: Jennifer Meina, Tel. 0203/379-1205, jennifer.meina@uni-due.de

Kommen zwei Materialien kurz in Kontakt, kann es zu einer elektrostatischen Aufladung kommen. Ein kleiner Blitz baut die Ladung ab, beispielsweise beim Griff an die Türklinke. Diese Reibungselektrizität löst ungewollt Funken und Explosionen in Stäuben und Granulaten aus, sie bietet aber auch das Potenzial, um mit Sporttextilien Strom zu gewinnen. Die Experimentalphysik der UDE erforscht die Ladungsprozesse. Ein Projekt zum Ladungsübertrag wird aktuell von der Deutschen Forschungsgemeinschaft für drei Jahre mit über 250.000 Euro gefördert.

Mikroskopische Berührungen zwischen Materialien führen zu einer Aufladung. Eine hohe Anzahl von Kontakten macht sehr hohe elektrische Spannungen von etlichen Kilovolt möglich. „Obwohl das schon lange bekannt ist, ist es immer noch unklar, welche geladenen Teilchen bei der Berührung übertragen werden. Das könnten einzelne Elektronen, Atome (Ionen) oder ganze Moleküle aus mehreren Atomen sein“, erklärt Prof. Dr. Rolf Möller, der mit seinem Kollegen Prof. Dr. Hermann Nienhaus das Projekt leitet.

Um der Lösung näher zu kommen, ist es erforderlich, exakt den Moment zu analysieren, in dem sich die Ladung von einem auf das andere Material überträgt. „Das geschieht während der Berührung atemberaubend schnell, in ein paar Millionstel Sekunden oder sogar noch schneller“, so Prof. Nienhaus. Zur Analyse dieses Vorgangs hat die Arbeitsgruppe neue elektronische Verstärker entwickelt, die sehr kleine Ladungen in Mikrosekunden messen und die Kontaktelektrifizierung einer Kugel beobachten: Das Wissenschaftler:innen-Team um Professor Möller und Professor Nienhaus lässt dazu eine Kugel mit dem Durchmesser von einem Millimeter frei auf eine Platte fallen, so dass sie mehrfach aufspringt. Die Arbeitsgruppe experimentiert dabei mit verschiedenen Kugel- und Plattenmaterialen – darunter Metalle und Isolatoren – und ändert die umgebende Atmosphäre. „Unser Versuch wird mit sehr hoher Präzision und einer Ladungs- und Zeitauflösung durchgeführt, wie es sie bisher noch nicht gab“, betont Möller. „Unser Ziel ist es, die physikalischen Mechanismen des Ladungstransfers grundlegend zu verstehen. Damit ließen sich Kontaktaufladungen künftig je nach Bedarf vermeiden, kontrollieren oder sogar von außen steuern.“

Bild:
Prof. Hermann Nienhaus (l.) und Prof. Rolf Möller (r.) vor der Versuchsapparatur mit einem elektronischen Ladungsverstärker. © Andreas Reichert

Weitere Informationen:
https://www.uni-due.de/ag-moeller/kontaktelektrifizierung.php
Prof. Dr. Rolf, Möller, Experimentalphysik, Tel. 0203/37 9-4220 rolf.moeller@uni-due.de
Prof. Dr. Hermann Nienhaus, Experimentalphysik, Tel. 0203/37 9-3154, hermann.nienhaus@uni-due.de

Redaktion: Ulrike Bohnsack, Tel. 0203/37 9-2429, ulrike.bohnsack@uni-due.de

SCARLETT trägt kein Kleid, sondern über 200 Meter Kabel: Sie umhüllen eine einzigartige Zentrifuge, die mehr über den Mars herausfinden soll. Das Kürzel SCARLETT steht für „Shadow Cast Angles of Repose in Low gravity Experiment with Thermal creep Thrust“ – ein Projekt der Astrophysik der UDE, bei dem es um den richtigen Winkel, niedrige Schwerkraft und thermische Effekte geht. In der simulierten Schwerelosigkeit wird die Zentrifuge derzeit bei Parabelflügen eben diese Bedingungen in über 8.000 Metern Höhe herstellen.

Unser roter Nachbarplanet fasziniert die Menschheit seit langem, ist er doch der Erde am ähnlichsten und seine Oberfläche durch ein Teleskop gut sichtbar. Raumsonden und Lander haben schon einiges erforscht, aber die Details geben Rätsel auf: So rutschen in der warmen Saison regelmäßig riesige Hänge ab, immer an denselben Stellen. Was löst diese Staublawinen aus? Die Forschenden vermuten, dass ein thermischer Gasfluss innerhalb des Bodens die Ursache ist und wollen dies nun im Experiment herausfinden.

Eine Zentrifuge ist dabei das Herzstück: Sie wurde vom fünfköpfigen Team um Prof. Dr. Gerhard Wurm entwickelt und wird gerade in Bordeaux in ein speziell ausgerüstetes Flugzeug eingebaut. Dieses hebt zu insgesamt drei Flügen mit jeweils 30 Parabeln ab (23.-25.5.). „In der Schwerelosigkeit simuliert eine Vakuumkammer die echte Mars-Schwerkraft, die geringer ist als auf der Erde“, erklärt Dr. Jens Teiser, der seit 2004 bei Parabelflügen wissenschaftliche Experimente macht. „Mit dabei haben wir besonderen Sand, der dem auf dem Mars gleicht. Durch Kippen der Vakuumkammer wird die Hangneigung langsam erhöht, bis der Sand ins Rutschen kommt. Halogenlampen erhitzten ihn während des Fluges, um den thermischen Gasfluss zu erzeugen.“

Wie läuft ein Parabelflug ab?

Das Flugzeug geht auf rund 7.500 Meter und fliegt von dort mit vollem Schub – in einem 47-Grad-Winkel – in 20 Sekunden auf etwa 8.700 Meter. In dieser Höhe drosselt der Pilot die Triebwerke, und das Flugzeug fällt frei auf einer parabelförmigen Bahn nach unten. Die Schwerelosigkeit dauert etwa 22 Sekunden, bevor der Pilot abfängt und zur nächsten Parabel ansetzt.

„Die Schwerelosigkeit ist die angenehmste Phase. Davor und danach wirkt doppelte Schwerkraft, das heißt man wird mit dem zweifachen Körpergewicht auf den Flugzeugboden gepresst“, sagt Teiser. Der Physiker hat die 160 Kilogramm schwere Zentrifuge mit entwickelt. Sie kann für weitere Experimente eingesetzt werden – etwa, um die Schwerkraft des Mondes zu simulieren. Doch zunächst sind nach den Flügen, die meist über dem Atlantik stattfinden, tausende Gigabyte Daten auszuwerten. „Wir wollen wissen, was auf dem Mars anders ist als bei uns und dadurch Zusammenhänge besser verstehen“, so Teiser.

Das dreijährige Forschungsvorhaben SCARLETT läuft bis Ende 2023. Es wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert, Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt.

Video der Zentrifuge:
https://youtu.be/iOvxi81sCOM

Das Video zeigt eine Sequenz, wie sie während einer Parabel stattfinden soll. Die Zentrifuge startet vor Beginn der Parabel. Während im Flugzeug Schwerelosigkeit herrscht, spürt die Sandprobe in der Gondel Mars-Gravitation. Jetzt geht das Licht an und der Sand erwärmt sich. Nach einer kurzen Wartezeit wird die Vakuumkammer gekippt, es kommt zum Abrutschen des Sandes. Mit Ende der Schwerelosigkeit wird die Kammer wieder zurückgestellt und ein neues Experiment kann beginnen.

Weitere Informationen:
Dr. habil. Jens Teiser, Experimentelle Astrophysik, Tel. 0203/37 9-2959, jens.teiser@uni-due.de

Qual der Wahl - unsere Fakultät für Physik ist mit drei Veranstaltungen dabei!

Licht: Welle oder Teilchen? Ein Besuch im schnellsten Labor der Welt

Einsichten in die Nanowelt

Planeten und Asteroiden

Freitag, 07. Juli 2023

Die Fakultät für Physik würdigt die im Rahmen von Bachelor-, Master- und Promotionsarbeiten erbrachten Leistungen.  

Haben Sie einen der folgenden Abschlüsse in der angegebenen Zeit gemacht (Physik, Lehramt Physik, Energy Science) und wurden bislang für Ihren Abschluss noch nicht gewürdigt?

• Bachelor/Master zwischen Januar 2022 und Mai 2023 (einschließlich)
• Promotion zwischen Januar 2019 und Mai 2023 (einschließlich)

Dann sind Sie herzlich eingeladen.  

18:00 Uhr Hörsaal LX 1205 Audimax, Lotharstraße 63a, 47057 Duisburg

• Begrüßung durch den Dekan Prof. Dr. Michael Schreckenberg
• Vorstellung der Absolvent:innen
• Ehrung besonders herausragender Arbeiten durch den Dekan und durch den Studiendekan Prof. Dr. Hermann Nienhaus

20:00 Uhr Foyer Hörsaalgebäude LX

• Sektempfang mit Imbiss

Was kommt nach dem Studium? Abschluss in Physik oder Energy Science und dann?

Wenn Sie sich auch schon diese Frage gestellt haben, dann kommt hier vielleicht die passende Antwort! Wir freuen uns, dass nach Pandemie und Cyberangriff unter neuem Titel das Konzept des Berufsbildtags wieder aufgegriffen werden konnte.

Bei „Careers in Physics“ schildern ehemalige Studierende unserer Fakultät im Rahmen von Kurzvorträgen ihren weiteren Weg nach dem Ende des Studiums, präsentieren Ihre heutigen Arbeitsgebiete und stellen sich danach Ihren Fragen!

Termin & Ort:
Dienstag, 20.04.2023 16:15 Uhr, LX 1203 (kleiner Hörsaal im Duisburger Hörsaalzentrum LX)

Programm:
Im ersten Kurzvortrag berichtet Dr. Lukas Madauß (ehem. AG Schleberger) von seiner Arbeit als Consultant bei der d-fine GmbH.

Im zweiten Kurzvortrag erzählt Dr. Petros Polichronidis (ehem. AG Schreckenberg) über die Verfahren zur Herstellung der Computerchips von morgen und seiner Tätigkeit als Projektleiter Systemdesign Illumination bei der Carl Zeiss SMT GmbH.

Nach den Vorträgen bleibt noch Zeit für individuelle Gespräche und Fragen.

Damit die Herstellung von grünem Wasserstoff Fahrt aufnehmen kann, braucht es vor allem eines: Nanopartikel, die als Katalysatoren den Prozess der Wasserspaltung in Sauerstoff und Wasserstoff steuern. Günstig, effektiv und umweltverträglich sollten die Partikel sein – und würfelförmig. Das haben Forschende der UDE und der Ruhr-Universität Bochum (RUB) nun herausgefunden. Ihr Beweis darüber, dass würfelförmige Nanopartikel wesentlich effektiver sind als kugelförmige, ebnet den Weg zum gezielten Design effizienter Katalysatoren für grünen Wasserstoff. Über ihre Ergebnisse berichteten sie im Fachjournal Advanced Functional Materials*.

Edelmetalle wie Platin oder Iridium sind selten und teuer, bisher aber die effektivsten Katalysatoren für die Herstellung von grünem Wasserstoff. Ein Team um Prof. Dr. Kristina Tschulik (RUB) und Prof. Dr. Rossitza Pentcheva (UDE) haben es sich zur Aufgabe gemacht, das zu ändern. Im Fokus der Forschenden: Oxid-Nanopartikel aus unedlem Metall, wie etwa Kobaltoxid. Sie kommen als Katalysatoren für die Halbreaktion der Wasserspaltung in Frage, nämlich für die Bildung von Sauerstoff. „Die Sauerstoffentwicklung als Teilreaktion der sogenannten Wasserelektrolyse ist wesentlich komplexer als die Wasserstoffentwicklung und stellt so einen Flaschenhalseffekt für die Herstellung von grünem Wasserstoff dar “ sagt Pentcheva.

Das Team rund um Kristina Tschulik hat eine Methode entwickelt, mit der einzelne Partikel direkt in Lösung analysiert werden können. Dadurch lässt sich die Aktivität von verschiedenen Nanomaterialien miteinander vergleichen und somit aufklären, welchen Einfluss Partikeleigenschaften, etwa ihre Form und Zusammensetzung, auf die Wasserspaltung haben. Das Ergebnis: Die Oberfläche von würfelförmigen Kobaltoxid- Nanopartikeln ist bei der Bildung von Sauerstoff wesentlich aktiver, als es die Oberflächen ihrer kugelförmigen Pendants sind.

Durch quantenmechanische Simulationen, unter anderem am Supercomputer an der UDE, liefert das Team um Rossitza Pentcheva eine Erklärung für das Phänomen und eine tiefere Einsicht in den zugrundeliegenden Mechanismen: Die höhere katalytische Aktivität der kubischen Nanopartikel im Vergleich zu den kugelförmigen liegt an den unterschiedlichen aktiven Zentren an den beiden Oberflächen. „Das Verständnis auf der atomaren Ebene, wie die kristallographische Orientierung der Oberfläche und die katalytische Aktivität zusammenhängen, ist die Grundlage für das gezielte Design neuer Katalysatoren“, sagt Physikerin Pentcheva.

* Zur Originalveröffentlichung: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202370006

Weitere Informationen: Prof. Dr. Rossitza Pentcheva, Theoretische Physik, Tel. 0203 37 92238, rossitza.pentcheva@uni-due.de

Supraleiter übertragen elektrischen Strom verlustfrei über jede Entfernung und spielen eine wichtige Rolle bei Quantencomputern und medizinischer Bildgebung. Ein vielversprechendes Material sind Nickelate, Oxidverbindungen auf Nickel- und Neodymbasis. Sie wurden 2019 entdeckt; die Mechanismen, die sie supraleitend machen, waren bisher nicht geklärt. Die Ursache gefunden hat nun ein internationales Team unter Leitung der US-amerikanischen Cornell University. Zu ihm gehörten auch eine Physikerin und ein Physiker der UDE. Die Entdeckung könnte helfen, neue verbesserte Supraleiter herzustellen. Die Ergebnisse wurden soeben in Nature Materials* veröffentlicht.

„Supraleiter sind die Stars unter den elektrischen Leitern“, erklärt Rossitza Pentcheva, Professorin für Computergestützte Materialphysik an der UDE. „Doch sie funktionieren meist nur bei extremer Kälte, was technische Anwendungen erschwert. Die Wissenschaft sucht daher nach neuen Materialklassen, die bei höheren Temperaturen supraleitend sind.“ Im Fokus sind seit einigen Jahren so genannte Nickelate, die erstmalig an der Stanford University hergestellt wurden.

Das Besondere dabei ist, dass die Supraleitung bislang ausschließlich in Proben nachgewiesen werden konnte, die als sehr dünne, kristalline Filme – weniger als 20 Nanometer dick – auf einem Trägermaterial aufgezogen wurden. Vermutet wurde, dass die Supraleitung nur dort stattfindet, wo der dünne Nickel-Oxid-Film auf das Substrat trifft, auf dem er gewachsen ist.

Das internationale Physikteam, an dem Pentcheva und ihr Mitarbeiter Dr. Benjamin Geisler beteiligt sind, wollte das genauer wissen. Es kombinierte für seine Analysen experimentelle und theoretische Methoden, u.a. die Raster-Transmissions-Elektronenmikroskopie, die Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie und quantenmechanische Computersimulationen auf Hochleistungsrechnern. Dadurch ist es erstmals gelungen, die atomare Struktur der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien aufzulösen. „Zwischen dem Nickelat-Film und dem Strontiumtitanat-Substrat haben wir eine unerwartete Zwischenverbindung entdeckt“, so Geisler. „Sie schwächt die elektronische Ladungsanhäufung an der Grenzfläche ab.“

Damit steht fest: Nicht die Grenzfläche ist die Quelle der Supraleitung, wie bislang vermutet, sondern es ist die Nickelat-Schicht selbst. Prof. Pentcheva betont: „Die enge Verzahnung experimenteller und theoretischer Methoden war entscheidend für die Entdeckung. Sie stößt weitere Forschung an, so dass neue Materialverbindungen für technologische Anwendungen entstehen können.“

Pressemeldung der Cornell University: https://news.cornell.edu/stories/2023/03/origin-superconductivity-nickelates-revealed

*Zur Originalpublikation: DOI: 10.1038/s41563-023-01510-7
https://www.nature.com/articles/s41563-023-01510-7

im Bild :
Das zusammengesetzte Bild zeigt links die Raster-Transmissionselektronenmikroskopie-Aufnahme des Neodym-Nickelat-Films auf einem Strontiumtitanat-Substrat mit atomarer Auflösung.
In der Mitte abgebildet ist das Strukturmodell aus den quantenmechanischen Computersimulationen. Blau ist Nickel, rot Titan, hellgrau Neodym, dunkelgrau Strontium, und die kleinen lila Kugeln entsprechen Sauerstoff. Die Simulation zeigt, dass sich an der Grenzfläche eine gemischte Schicht aus Titanat und Nickelat bildet. Diese kompensiert die Ladungsfehlanpassung an der Grenzfläche und stimmt überein mit der rechts im Bild überlagerten elementspezifischen Analyse aus den Elektronen-Energieverlustspektren.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Rossitza Pentcheva, Computational Materials Physics, Tel. 0203/37 92238, rossitza.pentcheva@uni-due.de

Redaktion: Ulrike Bohnsack, ulrike.bohnsack@uni-due.de

Am 21.03.2023 fand die Ergebnispräsentation der Energy-Science-AG in der Karl-Ziegler-Schule (Mülheim a.d. Ruhr) statt. Eingeladen hierzu waren Vertreter unseres Studiengangs Energy Science, sowie Buddys unserer Fakultät, um die hoffentlich zukünftige enge Zusammenarbeit mit der Schule auch im Rahmen der Studieninformation zu gewährleisten. Der ehemalige Professor an unsere Fakultät, Christopher Stein, hatte die AG in der Schule in Kooperation mit der Fakultät für Physik ins Leben gerufen.

Die Schüler:innen haben im vergangenen Dezember in den Laboren der Fakultät für Physik Experimente durchgeführt. Die Ergebnisse, sowie die bereits vorher in Vorlesungen kennengelernten theoretischen Grundlagen, wurden auf wissenschaftlichen Postern festgehalten und präsentiert. Die drei Gruppen beschäftigten sich mit Themen, wie der PEM-Brennstoffzelle, einer organischen Leuchtdiode und nanokristallinen Farbstoffsolarzellen.

Allgemeinen wurde das Projekt von Lehrern und Schülern sehr positiv bewertet. Am Ende äußerten die Schüler:innen Verbesserungsvorschläge, die nun umgesetzt werden sollen. Es ist geplant, die Kooperation in Zukunft zu intensivieren, sowohl auf wissenschaftlicher Ebene im Rahmen eines Projektkurses als auch auf Studieninformationsebene im Rahmen von buddy@school, und zu einem festen Bestandteil des Schulprogramms an der Karl-Ziegler-Schule werden zu lassen.

Wir freuen uns, dass die Doktoranden Lea Spieker (AG Wende) und Gérald Kämmerer (AG Kratzer) sich erfolgreich für eine Ph.D. Focus Session für die kommende DPG der Sektion SKM in Dresden beworben haben.

In ihrer Session wollen sie die Lücke zwischen Theorie und Experiment zum Thema Nicht-Gleichgewichtsdynamik aufzeigen. Vier hochkarätige Sprecher*innen: Sangeeta Sharma, Cyrille Barreteau, Julia Stähler und Emmanuelle Jal, werden Vorträge über Femtomagnetismus, Spin-schaltbare Moleküle, Photodotierung und ultraschnelle Magnetisierungseffekte halten. Die Session wird mit einer Podiumsdiskussion abgeschlossen.

Ort und Zeit: 29.03.2023 15:00-18:00 in HSZ 02

Eine ganz neue Aufgabe fordert die Schüler:innen bei den freestyle-physics 2023 heraus: Ein nicht rollendes Fahrzeug soll das Rennen machen. Doch auch die traditionelle Wasserrakete ist beim beliebten Physikwettbewerb an der UDE selbstverständlich dabei. Wer beim großen Finale Mitte Juni dabei sein möchte, kann sich bis zum 31. Mai anmelden – und jetzt schon loslegen.

Darauf haben die jungen Tüftler:innen der Region mit Spannung gewartet: Die Aufgaben für den diesjährigen Physikwettbewerb sind online. Was es für die kniffligen Aufgaben braucht? „Vor allem eine kreative Idee, die sich mit einfachen Mitteln umsetzen lässt“, sagt Physiker Dr. Andreas Reichert. Er ist Mitorganisator des Wettbewerbs, bei dem die Formelsammlung zur Nebensache und Spaß an der Physik zur Hauptsache wird. Und hier sind die Aufgaben:

Schaschlikbrücke
Wer überbrückt einen Meter nur mit Schaschlikspießen und Haushaltsgummis? Die Brücke muss ein vorgegebenes Gewicht tragen. Die leichteste Konstruktion, die standhält, gewinnt.

Verrücktes Rennen
Nichts an diesem Gefährt darf rollen – vorankommen muss es trotzdem. Wie geht das, wenn Räder, Rollen und Ketten aus dem Rennen sind? Schon einmal vorweg: Tiere und kleine Geschwister sind als Fortbewegungsmittel nicht erlaubt.

Crashtest
Nicht zimperlich dürfen die Tüftler:innen beim Crashtest sein. Ihr selbst gebautes Fahrzeug rast eine Rampe herunter und kracht gegen eine Wand. Das Ziel: so wenig vom geladenen Wasser wie möglich verschütten.

Wasserrakete
Der Wettbewerbsklassiker: Ziel ist es, eine Rakete aus einer PET-Flasche zu bauen, die möglichst lange in der Luft bleibt. Abgefeuert werden die Raketen am Wettbewerbstag mit Luftdruck, selbst gebastelte Fallschirme dürfen zum Einsatz kommen.

Die freestyle-physics ziehen jährlich etwa 2.000 Schüler:innen aus ganz NRW an. Der Wettbewerb richtet sich an die Jahrgangsstufen 5-13 und wird seit 2002 von einem Team rund um Wettbewerbserfinder Prof. Dr. Axel Lorke organisiert. Der Förderverein der UDE unterstützt die freestyle-physics und seit 2019.

Weitere Informationen und Anmeldung:
https://www.freestyle-physics.de/
Dr. Andreas Reichert, Fakultät für Physik, Tel. 0203/37 92032, andreas.reichert@uni-due.de

Redaktion: Juliana Fischer, Tel. 0203/37 91488, juliana.fischer@uni-due.de