Nachrichten - Fakultät NW (Uni Paderborn) http://nw.uni-paderborn.de Aktuelle Informationen der Fakultät NW (Universität Paderborn) de_DE Uni Paderborn Wed, 12 Dec 2018 15:11:35 +0100 Wed, 12 Dec 2018 15:11:35 +0100 Uni Paderborn news-10177 Mon, 03 Dec 2018 08:32:37 +0100 Chemie-Weihnachtsvorlesung von Dr. Andreas Hoischen am 13. Dezember im Audimax https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/chemie-weihnachtsvorlesung-von-dr-andreas-hoischen-am-13-dezember-im-audimax/ „Nachts sind alle Katzen grau, ohne Chemie auch tagsüber – Erhellendes zu Licht und Farben“

Was hat das bekannte Sprichwort „Nachts sind alle Katzen grau“ mit Chemie zu tun? Eine ganze Menge, wie die diesjährige Weihnachtsvorlesung von Dr. Andreas Hoischen am Donnerstag, 13. Dezember, um 18.15 Uhr im Audimax der Universität Paderborn zeigen wird. Alle Interessierten sind herzlich zu der Vorlesung eingeladen. Der Eintritt ist kostenlos.

Beim Sehen laufen viele chemische Prozesse ab. Ohne die Erkenntnisse und Synthesemethoden der Chemie wäre die Welt deutlich weniger bunt. Herrscht im Sommer noch die Farbe Grün vor, so zeigt spätestens im Herbst die Natur die ganze Pracht aus dem chemischen Farbkasten. Mit chemischen Methoden lassen sich diese natürlichen Farbstoffe zur Nutzung gewinnen, viele Farbstoffe stammen aber auch aus dem Labor. Was zunächst sehr ansprechend aussieht, kann in bestimmten Bereichen auch Nachteile haben. Da das Auge ja bekanntlich mitisst, werden viele künstliche Farbstoffe als nicht notwendige Zusätze in Nahrungsmitteln verwendet, um dem Verbraucher Frische oder falsche Früchte vorzutäuschen. Hier schließt die diesjährige Veranstaltung an die Weihnachtsvorlesung aus dem vergangenen Jahr an. Außerdem gibt es mehr Tricks aus der Lebensmittelindustrie zu sehen. Wie immer wird auch das Publikum in die Experimente eingebunden, wenn es darum geht, wahre Gaumenfreuden zu verkosten und sensorisch sowie optisch zu bewerten.

Auch beim Thema Lichterzeugung sind Farbstoffe beteiligt. Insbesondere bei modernen Lichtquellen, den organischen Leuchtdioden, spielt Chemie eine zentrale Rolle. Ohne die chemische Forschung gäbe es nicht die Materialien zur Herstellung solcher Leuchtmittel. Die Präsentation einiger kurioser Anwendungen von Farbstoffen zeigt auch, warum es sich nicht lohnt, eine Bank zu überfallen oder wie es gelingt, einen Homöopathen in den Jubelzustand zu versetzen.

Weitere aktuelle Informationen auf der Webseite: www.chemie.upb.de

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news-10175 Mon, 03 Dec 2018 08:23:52 +0100 „Noch können wir keine Laserschwerter bauen, aber…“ – Öffentlicher Vortrag zum Physik-Nobelpreis 2018 am 10. Dezember im L2 https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/noch-koennen-wir-keine-laserschwerter-bauen-aber-oeffentlicher-vortrag-zum-physik-nobelpreis-201/ Der Laser als universelles Werkzeug In diesem Jahr wurde der Physik-Nobelpreis wieder an Wissenschaftler verliehen, die ihre Forschung dem Thema Licht widmen. Am Montag, 10. Dezember, 18 Uhr, dem Tag der Verleihung der Nobelpreise in Stockholm, werden die Paderborner Wissenschaftler Prof. Dr. Thomas Zentgraf (Center for Optoelectronics and Photonics Paderborn, CeOPP) und Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid (Direct Manufacturing Research Center, DMRC) die Bedeutung der Forschungsergebnisse der drei diesjährigen Nobelpreisträger erklären und aufzeigen, welche Rolle Laserlicht in unserem täglichen Leben spielt. Der öffentliche Vortrag findet im Hörsaal L2 auf dem Campus der Universität Paderborn statt.

Viele kennen Laser aus Sci-Fi- und Action-Filmen, in denen sie spektakuläre Effekte erzeugen. „Es ist zwar noch nicht möglich ein Laserschwert wie in den „Star Wars“-Filmen zu bauen, aber Laser erleichtern uns heute viele Aufgaben, insbesondere in der Materialbearbeitung und der Messtechnik“, erklärt Thomas Zentgraf. Allgemein verständlich werden den Gästen Informationen über die Preisträger, die physikalischen Grundlagen der Erfindungen und deren Bedeutung für unsere Gesellschaft präsentiert.

Der Physik-Nobelpreis 2018 wurde zur Hälfte an den Physiker Arthur Ashkin „für die Entwicklung optischer Pinzetten und deren Anwendung in der Biologie“ verliehen. Zur anderen Hälfte ging die Auszeichnung gemeinsam an Gérard Mourou und Donna Strickland „für die Entwicklung einer Methode, mit der sich hochenergetische, ultrakurze optische Pulse erzeugen lassen“.

Prof. Dr. Thomas Zentgraf, Fakultät für Naturwissenschaften, ist Leiter der Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Nanophotonik“ am Department Physik. Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid ist Leiter des „Lehrstuhls für Partikelverfahrenstechnik“ an der Fakultät für Maschinenbau.

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news-10173 Thu, 29 Nov 2018 15:45:26 +0100 Fakultät für Naturwissenschaften feiert Absolventinnen und Absolventen https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/fakultaet-fuer-naturwissenschaften-feiert-absolventinnen-und-absolventen-1/ Die diesjährige Festveranstaltung der Fakultät für Naturwissenschaften fand am 24. November im Audimax statt. Gut die Hälfte der 199 Absolventinnen und Absolventen, die im Prüfungsjahr 2018 erfolgreich ihren Bachelor- oder Master­abschluss erlangten oder promoviert wurden, feierten dies im Beisein ihrer Angehörigen und Freunde.

Der Vizepräsident für Lehre, Studium und Qualitätsmanagement, Prof. Dr.-Ing. Volker Schöppner, gratulierte im Namen der Hochschulleitung allen Absolventinnen und Absolventen zum Erreichen ihres Abschlusses.  

Der Dekan, Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, begrüßte die ca. 450 Gäste und gab einen kurzen Überblick über die aktuelle Entwicklung der Fakultät. Neben der Berufung von Prof. Jochen Baumeister würdigte er dabei insbesondere die erfolgreichen Bleibeverhandlungen mit Prof. Christine Silberhorn und Prof. Thomas Kühne. Er verwies auf die kontinuierliche Steigerung der Studierendenzahlen der Fakultät und den auf ca. 8,8 Mio. EUR erneut gewachsenen Drittmittelumsatz. Der Dekan erinnerte an die vielen gut gelungenen Veranstaltungen des vergangenen Jahres wie z.B. den von Prof. Sabine Radtke organisierten Aktionstag Blindenfußball sowie an die beeindruckende Verstärkung der Forschungsinfrastruktur der Fakultät durch neue Großgeräte, wie das Hochfeld-NMR-Spektrometer in der Chemie. Im Ausblick verwies er auf die zahlreichen neu eingeworbenen Projekte der Fakultät. Dazu gehören u.a. koordinierte Projekte zur Untersuchung des Einflusses von Hochleistungsplasmen in der Materialstrukturierung und zur Erforschung von Grundlagen der Quantenkommunikation bis hin zu den Auswirkungen von Kopfbällen auf das Gehirn oder zum Zusammenhang zwischen tageszyklischer Nahrungsaufnahme und gesundheitlichen Risiken.    

In sehr engagierter Weise gestalteten einige Absolventinnen und Absolventen der Bereiche Chemie, Physik und Sport anschließend einen gemeinsamen Festbeitrag unter dem Motto „Arbeit – Zeit – Leistung“ mit anschaulichen Berichten aus ihrem Studienalltag. Der Festbeitrag wurde durch am Thema ausgerichtete Experimente aus Chemie und Physik sowie einer eindrucksvollen Darbietung durch eine Tanzgruppe Studierender des Departments Sport & Gesundheit, unter der Leitung von Maren Scholz, abgerundet.

Im Anschluss erfolgte die Urkundenübergabe durch die Prodekane der Departments Chemie, Physik und Sport & Gesundheit. Musikalisch umrahmt wurde die Fakultätsfeier von dem Bielefelder Panflötisten Sebastian Pachel unter der Klavierbegleitung von Irina Eicher. Mit dem beeindruckenden Klang seiner Panflöte begeisterte er das Publikum. Nach dem offiziellen Festakt waren alle Absolventinnen und Absolventen mit ihren Familien und Freunden zum Empfang im Foyer des Audimax eingeladen, wo der Abend in gemütlicher Runde ausklang. Das Angebot des zentralen Alumni Vereins Paderborn e.V. zu Fotoaufnahmen mit Talaren wurde von vielen Absolventinnen und Absolventen dankbar wahrgenommen. 

Fotos der Veranstaltung sind abrufbar unter: nw.upb.de .

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news-10149 Mon, 19 Nov 2018 15:30:00 +0100 Ausgezeichnete Dissertation an der Universität Paderborn: Dr. Christine Göbel erhält Förderung vom Land NRW https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/ausgezeichnete-dissertation-an-der-universitaet-paderborn-dr-christine-goebel-erhaelt-foerderung-vom-l-1/ Das NRW-Ministerium für Kultur und Wissenschaft (MKW NRW) fördert die Verbraucherforschung auf Landesebene: Mit rund 140.000 Euro unterstützt es Wissenschaftler, die sich mit Themen des Verbraucherschutzes auseinandersetzen. Neben verschiedenen Forscherteams wurden auch zwei Nachwuchsforscherinnen ausgezeichnet. Eine davon ist Dr. Christine Göbel, die mit ihrem Promotionsprojekt zur „Entstehung von Lebensmittelabfällen in Care-Einrichtungen“ an der Universität Paderborn überzeugt hat.

Die Dissertation ist am Institut für Ernährung, Konsum & Gesundheit (EKG) unter Leitung von Prof. Dr. Kirsten Schlegel-Matthies als Erstgutachterin entstanden. Ausschlaggebende Kriterien für die Förderung waren ein innovativer Ansatz sowie eine hohe Relevanz für die Verbraucherforschung und wissenschaftliche Exzellenz. Der Nachwuchspreis ist mit 5.000 Euro dotiert.

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10151 Mon, 19 Nov 2018 15:00:00 +0100 Erforschung chemischer Reaktionen für nachhaltige Prozesse https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/erforschung-chemischer-reaktionen-fuer-nachhaltige-prozesse/ Paderborner Chemiker an Schwerpunktprogrammen der DFG beteiligt Chemiker der Uni Paderborn an drei Schwerpunktprogrammen der Deutschen Forschungsgemeinschaft beteiligt

Der Paderborner Chemiker Prof. Dr.  Matthias Bauer arbeitet in drei Schwerpunktprogrammen der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) an der Entwicklung und Untersuchung von neuartigen chemischen Reaktionen zur Nutzung von Licht und der Umwandlung von klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid (CO2) in wertvolle Rohstoffe. Die DFG fördert in den Schwerpunktprogrammen „Katalyse unter dynamischen Bedingungen“, „Licht-kontrollierte Reaktivität von Metallkomplexen“ und „Synthese nahe Raumtemperatur“ neue Entwicklungen auf diesen Gebieten. Bauer ist an allen drei Programmen mit Projekten und einem Fördervolumen von über einer Million Euro beteiligt.

„Zu den größten Herausforderungen der Gegenwart gehört die Schonung vorhandener Ressourcen, die Nutzung von Sonnenlicht als unerschöpfliche Energiequelle und die Umwandlung von klimaschädlichem CO2 in wertvolle Rohstoffe“, erklärt Bauer. In den Projekten werden verschiedene Ansätze verfolgt, um die Energieprobleme der Zukunft zu lösen. Im ersten werden neue Katalysatorsysteme entwickelt, mit denen klimaschädliches CO2 in den Energieträger und Rohstoff Methan umgewandelt werden kann. „Prinzipiell sind solche Reaktionen auch mit Sonnenlicht möglich“, so der Chemiker. Um dies in Zukunft zu erreichen, müsse aber verstanden werden, wie ein Photokatalysator funktioniert und verbessert werden kann. Diesem Thema widmet sich das zweite Projekt. Das dritte Projekt zielt darauf ab, Energie bei der Durchführung chemischer Reaktionen generell einzusparen, indem man sie bei niedrigeren Temperaturen durchführt.

Circa zehn Prozent des weltweiten Energiebedarfs werden von der chemischen Industrie verbraucht, die damit den Bedarf der Gesellschaft und Wirtschaft an chemischen Produkten deckt. „Bedenkt man dabei, dass immer noch ungefähr 80 Prozent der Energie aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden, bei deren Verbrennung CO2 entsteht, tragen alle drei Projekte zu einer nachhaltigen und erneuerbaren Energie-Zukunft bei“, so Bauer.

Um diese Reaktionen nicht nur zu entwickeln, sondern auch zu verstehen, setzen die Paderborner Wissenschaftler Hochleistungs-Photonenquellen wie die Synchrotrons in Hamburg und Grenoble ein. „Mit der Verknüpfung von nachhaltiger Chemie und Forschung an Teilchenbeschleunigern nimmt Paderborn eine Sonderstellung auf diesem Gebiet ein“, so Bauer weiter.

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news-10132 Fri, 16 Nov 2018 11:47:00 +0100 Erstmals Entstehung einer chemischen Bindung ‚live‘ beobachtet https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/erstmals-entstehung-einer-chemischen-bindung-live-beobachtet-1/ Forscher der Universität Paderborn und des Fritz-Haber-Instituts Berlin veröffentlichen in "Science". Einem Team von Physikern unter Leitung von Martin Wolf (Fritz-Haber-Institut Berlin) und Wolf Gero Schmidt (Universität Paderborn) ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie haben weltweit zum ersten Mal und „in Echtzeit“ die Änderung der Elektronenstruktur während einer chemischen Reaktion beobachtet. Mithilfe umfangreicher Computersimulationen haben die Wissenschaftler die Ursachen und Mechanismen der Elektronenumverteilung aufgeklärt und visualisiert.  Ihre Ergebnisse wurden nun in der renommierten, interdisziplinären Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht (https://doi.org/10.1126/science.aar4183).

„Chemische Reaktionen sind durch die Bildung bzw. den Bruch chemischer Bindungen zwischen Atomen und die damit verbundenen Änderungen atomarer Abstände gekennzeichnet“, erklärt Wolf Gero Schmidt. „Diese Bewegungen auf atomaren Skalen sind extrem schnell, d.h. im Bereich von Femto- und Pikosekunden. Während der Reaktion verschieben sich aber nicht nur die Atome, sondern es verändern sich auch die Positionen und Energien der Elektronen in der Umgebung. Diese Dynamik ist entscheidend für die Bildung einer chemischen Bindung. Bis jetzt war sie jedoch nicht meßbar“, so der Paderborner Wissenschaftler weiter.

Um der zeitlichen Änderung der Elektronenstruktur auf die Spur zu kommen, präparierten die Physiker atomar dünne Drähte aus Indium auf einer Siliziumoberfläche. Im Grundzustand besetzen die Elektronen lokalisierte Orbitale. Infolge optischer Anregung durch einen Laserpuls delokalisieren die Elektronen entlang der Indiumdrähte und es entsteht eine metallische Bindung. Mittels zeit- und winkelaufgelöster Photoemission verfolgten die Forscher die Änderung der Energie- und Impulsverteilung der Elektronen während der nur wenige Femtosekunden dauernden Entstehung der chemischen Bindung. Durch numerische Simulationen konnten die Meßgrößen dann der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Elektronen zugeordnet werden, wodurch eine ‚Live-Aufnahme‘ der chemischen Reaktion entstand.

Die quantenmechanische Berechnung vieler hundert angeregter Elektronen im komplexen Zusammenspiel mit der Dynamik der an der Reaktion beteiligten Atome erfordert Supercomputer-Ressourcen, die durch das Paderborn Center for Parallel Computing und das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart zur Verfügung gestellt wurden. Durch die numerische Simulation wurde das physikalische Konzept von Energie- und Impulsverteilung der Elektronen mit dem chemischen Bild der Bindung zusammengeführt. „Die wechselseitige Beeinflussung von atomaren und elektronischen Freiheitsgraden im Verlauf einer chemischen Reaktion ist gewissermaßen der ‚heilige Gral‘ der Chemie“ erklärt Prof. Wolf Gero Schmidt von der Universität Paderborn. „Durch die numerischen Simulationen konnten wir in bisher unerreichter Detailschärfe den Zusammenhang zwischen elektronischer Anregung und Reaktionspfad aufklären. Das wird es zukünftig erlauben, elektronische Anregungen für Wunschreaktionen gewissermaßen maßzuschneidern.“

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news-10100 Fri, 09 Nov 2018 12:13:05 +0100 Workshop der Deutschen Gesellschaft für Kristallwachstum und Kristallzüchtung (DGKK) am 6./7. Dezember https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/workshop-der-deutschen-gesellschaft-fuer-kristallwachstum-und-kristallzuechtung-dgkk-am-67-dezemb-1/ Der diesjährige Workshop der Deutschen Gesellschaft für Kristallwachstum und Kristallzüchtung (DGKK)- Sektion Epitaxy von III/V Verbindungshalbleitern findet am 6. und 7. Dezember an der Universität in Paderborn (Gebäude O) statt. Der diesjährige Workshop der Deutschen Gesellschaft für Kristallwachstum und Kristallzüchtung (DGKK)- Sektion Epitaxy von III/V Verbindungshalbleitern findet am 6. und 7. Dezember an der Universität in Paderborn (Gebäude O) statt.

Der Workshop dient dem Austausch von Knowhow zu den Themen MOCVD und MBE von III/V-Halbleitern. Weitere Themen sind u. a. Nanostructures and Quantum Dots, Semiconductor Surfaces, Heteroepitaxy, Light Emitters, New Epitaxial Tasks, Nitrides, Arsenides, Phosphides und Antimonides.

Die Organisatoren, die Arbeitsgruppen Optoelectronics Materials & Devices und Nanophotonics & Nanomaterials des Departments Physik, setzen damit die erfolgreiche Workshop-Reihe der letzten Jahre fort. Neben den wissenschaftlichen Beiträgen gibt es eine Firmenausstellung, auf der Firmen ihre Produkte und Dienstleistungen vorstellen.

Träger der Veranstaltung ist die Deutsche Gesellschaft für Kristallwachstum und Kristallzüchtung (DGKK), die seit 40 Jahren die Forschung, Lehre und Technologie auf den Gebieten Kristallwachstum, Kristallzüchtung und Epitaxie fördert. Ihre Mitglieder sind Wissenschaftler, die in Hochschulen, Forschungsinstituten und in der Industrie an der Herstellung von "Kristallen" arbeiten.

Weitere Informationen zu dem Workshop: www.upb.de/veranstaltungen/dgkk2018

Kontakt: dgkk2018(at)uni-paderborn(dot)de

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news-10098 Fri, 09 Nov 2018 11:43:59 +0100 EU-Initiative „Quantum Flagship“ fördert Paderborner Forschung https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/eu-initiative-quantum-flagship-foerdert-paderborner-forschung-1/ 1,3 Millionen Euro für abhörsichere Kommunikation und leistungsfähigere Computer Potenzial neuartiger Quantentechnologien u. a. für abhörsichere Kommunikation, ultra-präzise Messgeräte und leistungsfähigere Computer erschließen

Im Rahmen ihrer Forschungsinitiative „Quantum Flagship“ fördert die Europäische Union zwei neue Projekte im Bereich der Quantentechnologie, an denen Physiker der Universität Paderborn beteiligt sind. Über einen Zeitraum von drei Jahren fließen künftig 1,3 Millionen Euro in die Forschung der von Prof. Dr. Christine Silberhorn geleiteten Arbeitsgruppe „Integrierte Quantenoptik“. Das „Quantum Flagship“, dessen Budget sich für die nächsten zehn Jahre auf 1 Milliarde Euro beläuft, bringt Hochschulen und andere Forschungseinrichtungen, Unternehmen und politische Entscheidungsträger in einer gemeinschaftlichen Initiative zusammen.

Mit „Quantum Flagship“ soll das Potenzial neuartiger Quantentechnologien z. B. für abhörsichere Kommunikation, ultra-präzise und hochempfindliche Messgeräte und leistungsfähigere Computer erschlossen werden. Das Hauptziel der Initiative ist es, die europäische wissenschaftliche Führung und Exzellenz in diesem Forschungsbereich zu festigen und auszubauen sowie die Errungenschaften der Quantenforschung mithilfe kommerzieller Anwendungen und innovativer Technologien vom Labor auf den Markt zu übertragen.

In der ersten Phase der Initiative werden Forschungsprojekte mit dreijähriger Laufzeit gefördert. Aus insgesamt 140 Anträgen wurden 20 für die erste Förderphase ausgewählt. Trotz der großen Konkurrenz konnten sich die zwei Projekte, an denen Paderborner Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beteiligt sind, durchsetzen.

Paderborner Physiker forschen an internationalen Projekten

Im ersten Projekt, dem Verbundprojekt „UNIQORN“, arbeiten 16 Partner aus verschiedenen europäischen Ländern unter der Koordination des österreichischen „Austrian Institute of Technology“ zusammen. Ziel von „UNIQORN“ ist es, photonische Technologien in der Quantenkommunikation zu nutzen. Die optischen Systeme, die derzeit Aufbauten in der Größenordnung von Metern benötigen, sollen in Zukunft auf millimetergroßen Chips untergebracht werden. Neben der Reduzierung der Größe und damit auch der Kosten werden die Systeme robuster und lassen sich besser reproduzieren. In Paderborn sollen spezielle integrierte optische Funktionseinheiten entwickelt werden, die maßgeblich zur angestrebten Miniaturisierung beitragen.

Das zweite geförderte Projekt „Sub-Poissonian Photon Gun by Coherent Diffusive Photonics“ (PhoG) umfasst ein Konsortium von fünf Partnern aus Deutschland Großbritannien, der Schweiz und Weißrussland. Unter der Leitung von Natalia Korolkova (Universität St. Andrews) werden sogenannte „Photon Guns“ (Photonen-Kanonen), entwickelt. Diese winzigen „Photon Guns“ dienen als Quelle für einzelne Licht-Teilchen, die für quantenmechanischen Systeme benötigt werden. Damit lassen sich z. B. im Bereich der Frequenzstabilität Atomuhren verbessern. Die Paderborner Gruppe wird sich hierbei vor allem mit der Charakterisierung der sogenannten „nicht-klassischen Lichtzustände“ befassen.

Die Quantenmechanik, ein Teilbereich der Physik, beschreibt grundlegende Phänomene von sehr kleinen Teilchen, wie z. B. Atome oder noch kleiner. Auf dem Gebiet der Quantentechnologie werden die theoretischen Erkenntnisse aus der Quantenmechanik auf konkrete Produkte übertragen.

 

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news-10079 Tue, 30 Oct 2018 14:26:55 +0100 Im Doppelpack zu mehr Energie https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/im-doppelpack-zu-mehr-energie/ Forschungsprojekt an der Universität Paderborn: Tandemsolarzellen für die Umwelt Tandemsolarzellen für die Umwelt

Gerade hat der Weltklimarat in einem Sonderbericht neue Erkenntnisse zur Erderwärmung veröffentlicht und zum Handeln aufgefordert: Notwendig seien schnelle und beispiellose Änderungen in allen gesellschaftlichen Bereichen, heißt es dort. Als Hoffnungsträger gelten vor allem erneuerbare Energien. 2017 machten sie in Deutschland 33 Prozent des Stromverbrauchs aus, teilt das Statistische Bundesamt mit. Rund sechs Prozent davon stammen aus der Photovoltaik. „Ein Trend, der durchaus ausbaufähig ist“, meint Prof. Dr. Thomas Kühne von der Universität Paderborn. Gemeinsam mit Kollegen aus Industrie und Forschung arbeitet er an dünnschichtigen Solarzellen, die fast das ganze Lichtspektrum umwandeln und somit mehr Energie als herkömmliche Varianten erzeugen können. Auch in der Produktion bietet die neue Technologie Vorteile.

„Bei dem Projekt geht es um sogenannte Tandemzellen. Nach dem Passieren einer ersten Solarzelle und einer transparenten Zwischenschicht soll das Licht zur weiteren Stromerzeugung in einer zweiten Zelle genutzt werden“, erklärt Dr. Hossein Mirhosseini, der die Gruppe „Multiskalenmodellierung von Energie Materialien“ am Lehrstuhl von Prof. Dr. Kühne leitet. Der Hintergrund: In der ersten Zelle wird nur ein gewisser Teil des Lichts umgewandelt. Das übrige Spektrum bleibt ungenutzt, womit potentielle Energie verloren geht. Mehrere übereinander liegende Solarzellen erlauben es, verschiedene Farben des Lichtspektrums gleichzeitig für die Energieerzeugung zu nutzen. Kühne erklärt: „Die jeweiligen Farben haben verschiedene Wellenlängen. Für das menschliche Auge ist zum Beispiel nur der Bereich zwischen 400 (blau) und 780 (rot) Nanometern sichtbar. Konventionelle Zellen, die einzeln wenig elektrischen Strom produzieren, können je nach Material nur bestimmte Bereiche des Lichts verarbeiten“. Bei Tandem- oder auch Tripelzellen bestehen die Schichten aus unterschiedlichen Materialien, die durch lichtdurchlässige organische Leiter verbunden und so jeweils auf einen anderen Wellenlängenbereich des Lichts ausgelegt sind. „Unsere Hauptaufgabe ist hierbei die rechnergestützte Vorhersage von sogenannten transparenten Lochleitern. Damit einher geht eine Optimierung, die teilweise eine Steigerung des Wirkungsgrades um bis zu 50 Prozent bewirkt“, so der theoretische Chemiker weiter.

Für die Massenproduktion geeignet  

Im Zuge der Energiewende soll der Anteil an erneuerbaren Energien in Deutschland bis zum Jahr 2050 auf mindestens 80 Prozent steigen. „Dafür müssen aber auch die Produktionsbedingungen passen“, räumt Mirhosseini ein. Bei dem Vorhaben, das den Namen „speedCIGS“ trägt, erforschen die Wissenschaftler deshalb zusätzlich, wie Herstellungsprozesse für sogenannte CIGS-Dünnschichtsolarzellen beschleunigt werden können. Ziel ist es, für die Industrie attraktiver zu sein. Die Vorteile sind vielfältig: „Neben organischen und lichtdurchlässigen Zwischenschichten arbeiten wir auch an der eigentlichen Dünnschichtsolarzelle bestehend aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Von der englischen Übersetzung der Elemente stammt übrigens auch der Name CIGS ab. Daraus lässt sich eine Solarzelle herstellen, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet und die für die Massenproduktion durch geringen Materialaufwand besonders interessant ist. Da die verwendeten Elemente allerdings relativ teuer und zum Teil giftig sind, arbeiten wir zudem daran, diese durch möglichst verfügbare und unbedenkliche Materialien zu ersetzen“, so Mirhosseini weiter.

Mithilfe von neuartigen Simulationsmethoden, die in der Arbeitsgruppe um Kühne entwickelt werden, sollen neue Materialien mit wohldefinierten Eigenschaften vorgeschlagen werden. Der Vorteil von Simulationen liegt u. a. darin, dass Materialeigenschaften am Computer genauestens vorhergesagt und dann im Labor produziert werden können. Konkret geht es dabei um eine Kombination von Methoden der Experimentalphysik, die Vakuumtechnik und Halbleiteranalytik miteinander vereint.

An dem Vorhaben, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit rund 4,7 Millionen Euro über eine Laufzeit von vier Jahren gefördert wird, sind der Anlagenbauer Manz AG (Reutlingen), das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung ZSW (Stuttgart), das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, die Universitäten Jena und Paderborn sowie die Wilhelm Büchner Hochschule Darmstadt (Projektkoordination) beteiligt. An der Universität Paderborn sollen die Aktivitäten zusammen mit anderen Großprojekten zum Thema Nachhaltigkeit in das neugegründete „Center for Sustainable Systems Design (CSSD)“ integriert werden.

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

 

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news-10052 Fri, 12 Oct 2018 15:29:18 +0200 Förderung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft für Nachwuchswissenschaftler der Universität Paderborn https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/foerderung-von-der-deutschen-forschungsgemeinschaft-fuer-nachwuchswissenschaftler-der-universitaet-pade/ Dr. Hossam Elgabarty, Theoretischer Chemiker an der Universität Paderborn, erhält eine Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Moduls „Eigene Stelle". Neben einer wissenschaftlichen Mitarbeiterstelle geht damit insbesondere eine eigene Stelle als Projektleiter einher. Elgabarty forscht auf dem Gebiet der rechnergestützten Magnetresonanzspektroskopie, kurz NMR. Die leistungsfähige Technik ermöglicht es Forscherinnen und Forschern, mikroskopische Strukturen und deren atomare Bewegungen im Inneren mit sehr hoher Genauigkeit zu untersuchen. Die Dauer des Projekts beträgt vorerst drei Jahre mit einer Finanzierung von rund 450.000 Euro und kann insgesamt auf bis zu sechs Jahre verlängert werden.

„Die Technik basiert auf den gleichen physikalischen Prinzipien, die auch in der medizinischen Magnetresonanztomographie zur Darstellung der Anatomie und der physiologischen Prozesse des Körpers verwendet werden“, erklärt Prof. Dr. Thomas Kühne, in dessen Lehrstuhl die Arbeitsgruppe um Elgabarty integriert ist. „Hier geht es aber um das Verständnis der Struktur und Dynamik von Materialien. Das Projekt zielt darauf ab, theoretische und rechnerische Methoden zu entwickeln, die dieser Technik dienen“, ergänzt Elgabarty. Konkret sollen mathematische Modelle entwickelt werden, die dabei helfen können, mithilfe des am Department Chemie gerade beschafften NMR-Spektrometers gewonnene Daten besser verstehen zu können und neue Experimente mit höherer Genauigkeit vorzuschlagen. Mit der DFG-Förderung leitet Elgabarty nun die Untergruppe „Computational Condensed Phase Spektroscopy". DFG-Eigenstellen ermöglichen es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, sich ausschließlich dem beantragten wissenschaftlichen Projekt zu widmen.

Text: Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10046 Mon, 08 Oct 2018 09:07:00 +0200 44. Praktikumsleitertagung PLT 2018 an der Universität Paderborn: Experimente begeisterten Physikerinnen und Physiker aus Deutschland, Österreich und den Niederlanden https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/44-praktikumsleitertagung-plt-2018-an-der-universitaet-paderborn-experimente-begeisterten-physikeri/ Die 44. Praktikumsleitertagung PLT 2018 der AG Physikalische Praktika (AGPP) der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) fand in diesem Jahr am Department Physik der Universität Paderborn statt. Die 44. Praktikumsleitertagung PLT 2018 der AG Physikalische Praktika (AGPP) der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) fand in diesem Jahr am Department Physik der Universität Paderborn statt. Die jährliche Tagung, die jeweils von einer anderen Universität ausgerichtet wird, dient dem Erfahrungsaustausch zu einer der zentralen Lehrveranstaltungen im Physikstudium: den Laborpraktika. In diesen Lehrveranstaltungen werden Studierende an die wissenschaftliche Arbeitsweise im Labor herangeführt und auf die Forschung in der Experimentalphysik vorbereitet.

Vom 26. bis 28. September ließen sich rund 70 Praktikumsleiterinnen und -leiter aus Deutschland, Österreich und den Niederlanden u. a. über das mehrfach ausgezeichnete und deutschlandweit einmalige Konzept des Paderborner Laborpraktikums informieren, besichtigten die Laborräume und diskutierten Experimente und Messtechniken. Sie nutzten aber auch die Möglichkeit, sich in die Rolle von Studierenden zu versetzen und einen Praktikumsversuch aus dem innovativen Konzept, betreut von Praktikumsleiter Dr. Marc Sacher, selbst zu durchlaufen. Die Leiterin der Praktika für Lehramtsstudierende, Dr. Agnes Szabone Varnai, informierte zum Beispiel über die Wirksamkeit von Lernvideos zur Unterstützung des Experimentierens. Ihre Videos erhöhen das Maß an Unterstützung durch Instruktionen im Praktikum.

Flankiert wurde die Auseinandersetzung der Teilnehmenden mit den Paderborner Praktika durch Vorträge z. B. zur Gestaltung des Studiengangs und zu den Forschungsaktivitäten des Departments Physik. Prof. Dr. Thomas Zentgraf gab einen spannenden Einblick in die Erzeugung optischer Hologramme und Strahlformungselemente mittels nanostrukturierter Oberflächen. Darüber hinaus präsentierten knapp 30 Unternehmen aus den Bereichen Optik, Laborausstattung, 3D-Drucker, Wärmebildkameras sowie Präsentationstechnik im Rahmen einer Ausstellung zahlreiche praktikumsrelevante Produkte.

Einsatzmöglichkeiten von Highspeed-Kameras bei der Visualisierung von Experimenten konnten die Teilnehmenden im Rahmen einer Abendveranstaltung sogar selbst ausprobieren. So zeigten sich die Physiker beeindruckt von der außergewöhnlichen Elastizität und Deformation eines mit Wasser gefüllten Ballons, die ein mit einer Vakuumkanone der Event-Physiker abgeschossener Golfball verursachte.

„Rund 70 Kolleginnen und Kollegen aus anderen Universitäten und Hochschulen sind zu uns gekommen, um unser innovatives Praktikumskonzept auf Herz und Nieren zu untersuchen“, freut sich Dr. Marc Sacher, Leiter und Entwickler des Paderborner Laborpraktikums: „Der Austausch ist auf fruchtbaren Boden gefallen. Viele Kollegen wollen einzelne Bausteine in ihr Praktikum integrieren – und auch wir haben zahlreiche neue Anregungen bekommen.“ Dr. Rüdiger Scholz, Vorstandssprecher der Arbeitsgemeinschaft Physikalische Praktika der DPG und Praktikumsleiter an der Leibniz Universität Hannover, hob die Bedeutung der Paderborner Praktika für die Bereicherung der Diskussion um die Förderung der wissenschaftlichen Arbeitsmethoden im Physikalischen Praktikum hervor und dankte dem Paderborner Team für die gelungene Tagung.  

Die Arbeitsgruppe Physikalische Praktika der DPG setzt sich seit Anfang der 1970er Jahre für die Förderung und Weiterentwicklung der physikbezogenen Hochschulpraktika ein. Ihre Mitglieder unterstützen sich gegenseitig bei der Neu- und Weiterentwicklung von Praktikumskonzepten, Experimenten, der wissenschaftlichen Evaluierung didaktischer Konzepte, der Klärung rechtlicher und organisatorischer Fragestellungen und der Weiterbildung der Mitarbeiter in den Laborpraktika.

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news-10048 Wed, 05 Sep 2018 09:11:00 +0200 Kolumbianischer Stipendiat der Alexander von Humboldt-Stiftung forscht an der Universität Paderborn https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/kolumbianischer-stipendiat-der-alexander-von-humboldt-stiftung-forscht-an-der-universitaet-paderborn/ Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die von der Alexander von Humboldt-Stiftung mit einem Forschungsstipendium gefördert werden, können selbst bestimmen, in welchem Land und an welcher Universität sie ihr Vorhaben umsetzen. Dr. Andres Henao Aristizabal von der Universitat Politecnica de Catalunya, Barcelona, hat sich für die Universität Paderborn entschieden: Dort forscht er nun zwei Jahre lang auf dem Gebiet der Theoretischen Chemie. Ziel seiner Arbeit ist es, eine neue Berechnungsmethode zu entwickeln, mit der die Verwendung sogenannter „tensidfreier Mikroemulsionen“ für die organische „on-water“-Katalyse ermöglicht wird. Ein typisches Beispiel einer Mikroemulsion ist Ouzo, der durch die Zugabe von Wasser trüb wird. In den nächsten zwei Jahren erforscht Henao Aristizabal, inwiefern dieser „Ouzo-Effekt“ in tensidfreien Mikroemulsionen realisiert und in der „on-water“-Katalyse eingesetzt werden kann. Bei dem Prozess handelt es sich um Reaktionen auf einer Wasseroberfläche. Wasser könnte so zu einem nicht nur verfügbaren, sondern auch attraktiven Lösungsmittel in neuen organischen Syntheseprozessen werden.

„Ausschlaggebend für meine Entscheidung nach Paderborn zu gehen, waren die exzellenten Forschungskonditionen und der gute Ruf der Universität. Insbesondere durch die in der Physik und Theoretischen Chemie entwickelten Elektronenstrukturmethoden, die in meiner Forschung zum Einsatz kommen, war mir Paderborn schon länger bekannt“, erklärt Henao Aristizabal.

Nach einem ebenfalls von der Alexander von Humboldt-Stiftung geförderten Intensivkurs Deutsch am Goethe-Institut in Bonn wird der Stipendiat ab 1. Dezember sein Forschungsstipendium am Lehrstuhl von Prof. Dr. Thomas D. Kühne aufnehmen.

Die Humboldt-Stiftung fördert Wissenschaftskooperationen zwischen exzellenten ausländischen und deutschen Forschern. Mit Forschungsstipendien und -preisen können Wissenschaftler nach Deutschland kommen, um ein selbst gewähltes Forschungsprojekt mit einem Gastgeber und Kooperationspartner durchzuführen.

Text: Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-9952 Tue, 07 Aug 2018 11:01:00 +0200 Zum Schutz fossiler Energieträger https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/zum-schutz-fossiler-energietraeger/ Produktionsprozesse von Treibstoffen: Förderung von deutschem und schwedischem Forschungsministerium  

Projekt zu neuen Produktionsprozessen von Treibstoffen wird von deutschem und schwedischem Forschungsministerium gefördert

Das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das schwedische Forschungsministerium bewilligen rund 1,4 Millionen Euro im Rahmen des Röntgen-Ångstrøm-Clusters für die Untersuchung von Katalysatoren bei der Arbeit an Teilchenbeschleunigern. Prof. Dr. Matthias Bauer, Chemiker, leitet das Projekt, das bis 2022 an der Universität Paderborn läuft. Ziel ist es, den Verbrauch von fossilen Energieträgern langfristig zu minimieren.

„Eine der großen Herausforderungen unserer Zeit besteht darin, die gesellschaftlichen Bedürfnisse an energieabhängigen Technologien zu decken und gleichzeitig im Sinne der Zukunftsgestaltung ein Minimum an natürlichen Ressourcen zu verbrauchen“, erklärt Bauer. Ein Lösungsansatz sei die Entwicklung neuer Produktionsprozesse für Treibstoffe und Chemikalien, um den Verbrauch fossiler Energieträger wie Öl und Gas zu reduzieren.

Im deutsch-schwedischen Projekt „Synergistische Entwicklung spektroskopischer Röntgentechniken und dünner Oxidschichten für Anwendungen in der nachhaltigen Chemie“ werden zwei wichtige nachhaltige Prozesse mithilfe neuer spektroskopischer Methoden an Teilchenbeschleunigern untersucht. Dazu Bauer: „Als erstes die direkte Aktivierung von Methan. Mit dem fortschreitenden Aufbrauchen der Erdölvorkommen wird Methan als Rohstoff für Treibstoffe und Großchemikalien immer wichtiger, weil es noch in großen Mengen vorhanden ist und einfach gewonnen werden kann“. Die direkte Umwandlung von Methan in nutzbare Produkte sei allerdings schwierig und erfordere exakt zugeschnittene Katalysatoren. „Gleiches gilt für die Umwandlung von klimaschädlichem CO2 in nutzbare Rohstoffe“, ergänzt Bauer. Diese chemische „Veredelung“ von Kohlendioxid stelle einen wichtigen Baustein in der Reduktion des gefährlichen Klimakillers dar.

Um die katalytischen Prozesse zu verstehen und zu verbessern, werden neue Methoden an Teilchenbeschleunigern entwickelt und etabliert. Bauer: „Dies wird ganz neue Einblicke in die Funktionsweise der eingesetzten Katalysatoren erlauben“. Eines der Highlights sei die Installation eines neuen Röntgen-Spektrometertyps am Teilchenbeschleuniger PETRA III in Hamburg.

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news-9958 Mon, 06 Aug 2018 10:01:00 +0200 Energieeffizient und exakt: Prof. Dr. Plessl und Prof. Dr. Kühne erhalten Forschungspreis der Universität https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/energieeffizient-und-exakt-prof-dr-plessl-und-prof-dr-kuehne-erhalten-forschungspreis-der-univer/ IT-Systeme haben heute einen Anteil von etwa 15% am weltweiten Stromverbrauch. Aufgrund ihres exponentiellen Wachstums besteht aus ökologischer und ökonomischer Sicht ein großes Interesse daran, die Energieeffizienz von Rechnersystemen zu steigern. Wie das möglich ist, zeigen Prof. Dr. Christian Plessl, Informatiker, und Prof. Dr. Thomas Kühne, theoretischer Chemiker, mit ihrem interdisziplinären Forschungsprojekt, das das Präsidium der Universität Paderborn nun mit einem 150.000 Euro dotierten Preis unterstützt.

Paradigmenwechsel in der Informationsverarbeitung

Informationstechnologien haben sich über nur wenige Jahrzehnte zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt und üben heute einen starken sowie stetig zunehmenden Einfluss auf Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft aus. Von ihrem exponentiellen Wachstum ist nicht nur die Rechenleistung, sondern auch die Anzahl der IT-Systeme betroffen. Eine derart rasante Entwicklung bedarf umso dringender der Erforschung von energieeffizienten Rechenmethoden, was jedoch ein bekanntes Problem aufwirft: „Wenn eine reproduzierbare Berechnung und Speicherung von Information gefordert wird, stehen der weiteren Effizienzsteigerung eine Reihe von praktischen Beschränkungen im Wege. Am Ende wird die Effizienz durch eine harte physikalische Grenze, die sogenannte Landauer-Schranke, begrenzt“, erklärt Plessl, Professor für Informatik und Leiter des „Paderborn Center for Parallel Computing“ (PC²). Diese Hindernisse gilt es nun zu umgehen und zwar mit Hilfe von „Approximate Computing“. Kühne, Professor für theoretische Chemie am Department für Chemie, dazu: „Beim Konzept des „Approximate Computing”, was wir in diesem Projekt untersuchen möchten, handelt es sich um einen fundamentalen Paradigmenwechsel, bei dem man die exakte Reproduzierbarkeit bewusst aufgibt und inexakte Berechnung und Speicherung zulässt.“ Aus dieser Methode ergebe sich der Vorteil, dass sich grundsätzlich äußerst effiziente Berechnungen ermöglichen lassen und perspektivisch sogar die Landauer-Schranke unterboten werden kann.

Geringerer Energieverbrauch, höhere Datenmengen

Um das Vorhaben in die Tat umsetzen zu können, sind jedoch neue Rechenmethoden notwendig, die es erlauben, aus ungenauen Berechnungen exakte Resultate abzuleiten. Im Gegensatz zu konventionellen Computerchips (CPUs), die zwar sehr flexibel sind, allerdings viel ungenutzte Chipfläche für Operationen vorhalten, lässt sich mit anwendungsspezifischen Hardwarebausteinen (FPGA) maßgeschneiderter und energieeffizienter arbeiten. Hier soll mithilfe der in Paderborn maßgeblich mitentwickelten Simulationssoftware CP2K eine neuartige und fehlertolerante Berechnungsmethode vorgeschlagen werden. „Im Erfolgsfall hätte man mit diesem Projekt einen eindrücklichen Machbarkeitsnachweis für die Nützlichkeit von Approximate Computing weit über das wissenschaftliche Rechnen hinaus. Möglicherweise ließe sich dieses Konzept auch erfolgreich auf eine Vielzahl anderer Gebiete anwenden, wie zum Beispiel auf globale Optimierungsprobleme, numerische Mathematik, Computergraphik, Quantum Computing und maschinelles Lernen“, so Kühne. Auch fachübergreifend profitiere die Forschung an der Universität Paderborn von diesem Projekt, sagt Plessl: „Die Integration des „Approximate Computing“-Konzepts würde die in den Departments Chemie, Physik und Informatik verarbeiteten Datenmengen nicht nur erhöhen, sondern gleichzeitig den Energieverbrauch im Rechenzentrum PC² reduzieren.“

Plessl und Kühne erhalten den Forschungspreis in einem feierlichen Rahmen beim nächsten Neujahrsempfang der Universität Paderborn im Januar 2019. Der Forschungspreis der Universität richtet sich an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die mit visionären Ideen, gewagten Hypothesen, kreativen und unkonventionellen Technologien oder innovativen und mutigen Methoden Projekte abseits des Mainstreams entwickeln.

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news-9950 Tue, 31 Jul 2018 08:46:00 +0200 Mit Licht zu sicherer Kommunikation https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/mit-licht-zu-sicherer-kommunikation/ Förderung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung für Physiker der Universität Paderborn Förderung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung für Physiker der Universität Paderborn

Mit einer Summe von rund 2,8 Millionen Euro fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Bereich der Quantenkommunikation an der Universität Paderborn. Jun.-Prof. Dr. Tim Bartley, Physiker, leitet im Rahmen der BMBF-Förderinitiative „Quantum Futur“ ab August eine Nachwuchsgruppe, die sich mit integrierter Quantenoptik und supraleitender Elektronik beschäftigt. Ziel ist es, durch den Einsatz von Lichttechnologie Quanteneffekte für eine sichere Kommunikation zu nutzen. Das Vorhaben hat eine Laufzeit von fünf Jahren.

„Quantentechnologien bieten viele neuartige Möglichkeiten, Informationen zu verarbeiten und zu übertragen sowie präzise Messungen durchzuführen“, erklärt Bartley. Der Schutz von sensiblen Daten und Informationen werde zunehmend wichtiger und sichere Kommunikationsnetzwerke somit unabdingbar. Mithilfe von Quanteneffekten könnten zuverlässige Verschlüsselungsmechanismen entwickelt werden, die auf den Gesetzen der Physik beruhen, so Bartley weiter.

Zentral seien hier die Erzeugung, Manipulation und Detektion von Photonen, kleinen Lichtteilchen. „Dazu werden etablierte Techniken aus der nichtlinearen Optik mit supraleitender Elektronik kombiniert“, ergänzt Bartley. Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur auf null fällt. Damit lässt sich elektrische Energie verlustfrei übertragen.

Bis 2023 erwarten die Wissenschaftler grundlegende Erkenntnisse für die Integration von Quantenkommunikationssystemen.

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news-9926 Tue, 24 Jul 2018 09:29:19 +0200 Neuartiger Quantenzustand in Halbleitern https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/neuartiger-quantenzustand-in-halbleitern/ Wissenschaftlerteam der Universitäten Konstanz, Paderborn und der ETH Zürich veröffentlicht in „Nature Communications“ Wissenschaftlern der Universitäten Konstanz und Paderborn ist es gelungen, die sogenannte Wannier-Stark-Lokalisierung zum ersten Mal in einem hochreinen Galliumarsenid-Kristall, der an der ETH Zürich hergestellt wurde, zu realisieren und nachzuweisen. Die Physiker haben damit Hürden überwunden, die auf dem Gebiet der Optoelektronik und Photonik lange als unüberwindbar galten. Mit diesem Durchbruch haben sie es auch in die „Nature Communications“ geschafft. Das renommierte Fachmagazin veröffentlichte jüngst einen Artikel zur Realisierung des neuartigen Quantenzustands in einem Halbleiter. Die kurzzeitige Wannier-Stark-Lokalisierung geht einher mit drastischen Veränderungen der elektronischen Zustände und führt beispielsweise zu extrem großen optischen Nichtlinearitäten und möglicherweise auch zu veränderten chemischen Eigenschaften. Der Artikel ist im Internet aufrufbar unter: https://www.nature.com/articles/s41467-018-05229-x.

„In perfekten Isolatoren und Halbleitern sind die elektronischen Zustände über den gesamten Kristall ausgedehnt. Das sollte sich laut einer schon ca. 60 Jahre alten Vorhersage ändern, wenn man eine elektrische Spannung anlegt“, erklärt Prof. Dr. Torsten Meier von der Universität Paderborn. „Wenn das elektrische Feld im Inneren des Kristalls stark genug ist, können die elektronischen Zustände auf wenige Atome lokalisiert werden. Dieser Zustand wird Wannier-Stark-Leiter genannt“, so der Physiker, der an der Universität Paderborn auch Vizepräsident für Internationale Beziehungen ist, weiter.

Das wesentliche Problem sei aber, dass auch perfekte Isolatoren und Halbleiter in starken elektrischen Feldern metallisch würden und dann elektrischer Strom fließe, erklärt Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer von der Universität Konstanz und ergänzt: „Bei diesem Effekt werden die Elektronen in energetisch hohe Bänder beschleunigt. Da dieses Phänomen in üblichen Halbleitermaterialien schon bei geringeren Feldstärken auftritt, als zur Realisierung der Wannier-Stark-Lokalisierung notwendig sind, kann dieser Zustand so nicht erreicht werden“.

Einen Ausweg aus diesem Dilemma bietet die ultraschnelle Optik, bei der die für die Wannier-Stark-Lokalisierung notwendigen Feldstärken nur kurzzeitig in Form von elektromagnetischen Feldern im Kristall präsent sind. Dazu Leitenstorfer: „Verwendet man geeignete intensive Lichtimpulse, die aus nur wenigen Schwingungen mit Periodendauern von einigen 10 Femtosekunden bestehen, kann die Wannier-Stark-Lokalisierung in einem kurzen Zeitfenster realisiert werden“.

Diese Herausforderungen wurden jetzt in Experimenten überwunden, die am Lehrstuhl für Ultrakurzzeitphysik und Photonik von Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer (Universität Konstanz) durchgeführt wurden. Die erstmalige experimentelle Realisierung der Wannier-Stark-Lokalisierung in einem Galliumarsenid-Kristall wurde durch hochintensive Terahertz-Strahlung mit Feldstärken von über 10 Millionen Volt pro Zentimeter möglich. Nachgewiesen wurde dieser Zustand dann über die Veränderung der optischen Eigenschaften mittels weiterer ultrakurzer optischer Lichtimpulse. „Die Messergebnisse stimmen mit theoretischen Überlegungen und Simulationen überein, die in den Arbeitsgruppen meines Kollegen Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt und mir durchgeführt wurden“, so Meier.

Dieser extreme Materiezustand soll zukünftig insbesondere auf atomarer Skala detaillierter untersucht und dessen besondere Eigenschaften nutzbar gemacht werden.

Text: Prof. Dr. Torsten Meier, Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer, Nina Reckendorf 

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news-9777 Wed, 25 Apr 2018 08:00:00 +0200 Amtsübergabe: Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt neuer Dekan der Fakultät für Naturwissenschaften – Nachfolger von Prof. Dr. Torsten Meier https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/amtsuebergabe-prof-dr-wolf-gero-schmidt-neuer-dekan-der-fakultaet-fuer-naturwissenschaften-nachfol/ Die Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Paderborn hat einen neuen Dekan gewählt: Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt übernahm kürzlich das Amt von Prof. Dr. Torsten Meier, der am 21. März 2018 zum Vizepräsidenten für Internationale Beziehungen der Universität Paderborn gewählt wurde. Die gleichzeitige Besetzung beider Ämter ist nach dem Hochschulgesetz NRW (§ 10 Absatz 2 Satz 5) ausgeschlossen.

Professor Meier wurde 2007 auf die Professur für Theoretische Physik berufen und leitet seitdem die Arbeitsgruppe „Computational  Optoelectronics and Photonics“. Seine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der Ultrakurzzeit und nichtlinearen Optik, sowie der Quantenoptik. Im Oktober 2011 wurde er zum Dekan gewählt. In seine über sechsjährige Amtszeit fielen beispielsweise die Einrichtung und Verlängerung des TRR 142 „Tailored Nonlinear Photonics“, in der er auch als Projektleiter tätig ist, die Gründung des Instituts für Leichtbau mit Hybridsystemen (ILH), sowie die Einwerbung des interdisziplinären NRW-Fortschrittskollegs „Leicht-Effizient-Mobil“.

Professor Schmidt wechselte 2005 von der Massey University in Neuseeland nach Paderborn und leitet hier seit 2006 die Arbeitsgruppe Theoretische Materialphysik. Optische und elektronische Anregungen in Halbleitern und Ferroelektrika, quantenmechanische Vielteilcheneffekte, Elektronentransport sowie Phasenübergänge in niederdimensionalen Systemen sind seine aktuellen Forschungsschwerpunkte. Vor seiner Wahl zum Dekan war er Sprecher des Vorstands des Departments Physik.

Dem Dekanat der Fakultät für Naturwissenschaften gehören zusätzlich folgende Mitglieder an: Prof. Dr. Matthias Bauer als Studiendekan, Prof. Dr. Dirk Kuckling als Prodekan Chemie, Prof. Dr. Dr. Claus Reinsberger als Prodekan Sport & Gesundheit sowie seit kurzem Prof. Dr. Dirk Reuter als Prodekan Physik, der dieses Amt von Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt übernommen hat.

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