Suche

zur Hauptseite

Navigation und Service


Kurznachrichten April 2013

Spurensuche im Spin-Eis

Ein internationales Forscherteam unter Jülicher Beteiligung schlägt eine neue Möglichkeit vor, um exotische Materialeigenschaften in bestimmten nanostrukturierten Magneten experimentell zu finden und zu analysieren. Die Forscher erwarten, dass sich damit Eigenschaften in sogenannten künstlichen Spin-Eis-Materialien leichter aufspüren lassen, mit deren Hilfe einmal neuartige Logikelemente für die Datenverarbeitung entwickelt werden könnten. Die Erkenntnisse sind in der angesehenen Fachzeitschrift "Physical Review Letters" nachzulesen.

StringRectangleWhite_jpgMonopol-Antimonopol-Struktur (orange) in einem künstlichen Spin-Eis-Gitter aus magnetischen Bausteinen (blau).
Quelle: Source: S. Gliga / Argonne National Laboratory

Spin-Eis-Materialien besitzen außergewöhnliche Eigenschaften. Unter anderem können sich darin magnetische Monopole und Antimonopole bilden, die paarweise über Ketten magnetischer Bausteine miteinander im Kontakt stehen. Die Physiker zeigten nun mithilfe von Computersimulationen, dass sich solche magnetischen Strukturen in künstlichem Spin-Eis anhand charakteristischer Schwingungen im Mikrowellenbereich identifizieren lassen. Wie ein Fingerabdruck geben die Schwingungen Auskunft über das Auftreten von Monopolen und über ihre Häufigkeit in der untersuchten Probe. Erzeugen lassen sich die Schwingungen, indem man die Proben anregt, etwa durch einen Magnetfeldpuls oder einen Laserpuls.

Weil sich die Monopol-Strukturen in künstlichem Spin-Eis platzieren und bewegen lassen, schlagen die Forscher vor, sie für die Konzeption neuartiger Logikelemente zu nutzen, in denen anstelle von Ladung magnetische Schwingungswellen fließen sollen. In den Logikelementen würden die Strukturen ähnlich wie ein Wellenbrecher wirken und die Ausbreitung der Wellen steuern. Künstliche Spin-Eis-Materialien lassen sich durch geschicktes Arrangement winziger magnetischer Bereiche, die jeweils als ein magnetischer Baustein fungieren, gezielt entwerfen, zum Beispiel per Lithografie.

Originalveröffentlichung:
Spectral Analysis of Topological Defects in an Artificial Spin-Ice Lattice; Sebastian Gliga, Attila Kákay, Riccardo Hertel, Olle G. Heinonen; PRL 110, 117205 (2013),
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i11/e117205
DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.117205

Peter Grünberg Institut, Bereich Magnetische Eigenschaften (PGI-6)

Neues DFG-Schwerpunktprogramm zu "Mikroschwimmern"

Prof. Gerhard Gompper vom Forschungszentrum Jülich ist Koordinator eines neuen Schwerpunktprogramms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Der Titel: "Microswimmers – From Single Particle Motion to Collective Behaviour".

Das Programm befasst sich mit den biologischen und synthetischen Systemen der sogenannten „Mikroschwimmer“, also z.B. Spermien und Bakterien oder Nanostäbchen. Denn der interne Antriebsmechanismus vieler "Mikroschwimmer" ist ebenso bedeutsam wie bislang nur ungenügend verstanden wie auch ihr kollektives Verhalten, z.B. die Bildung von "Schwärmen" oder die selbstbestimmte Bewegung zu einem bestimmten Ziel. Ein besseres Verständnis könnte es aber ermöglichen, künstliche Schwimmer herzustellen und damit biologische Systeme zu imitieren oder gezielt zu beeinflussen. Mikroschwimmer werden in Jülich am Institute of Complex Systems (ICS) erforscht.

Die DFG fördert die insgesamt 13 neuen Schwerpunktprogramme mit 64 Millionen Euro. Sie sollen im April 2014 ihre Arbeit aufnehmen und laufen in der Regel sechs Jahre.

Informationen zum Institute of Complex Systems, Bereich Theorie der Weichen Materie und Biophysik

Wundheilung: eine Frage der Selbstorganisation

Wenn eine Wunde heilt, bilden Zellen eine neue Gewebeschicht. Das Zellwachstum ist ein kollektiver, selbstorganisierter Prozess, bei dem sich Zellen immer wieder teilen und wandern, bis die Wunde überwachsen ist. Eine internationale Forschergruppe mit Jülicher Beteiligung hat eine Erklärung gefunden, wie sich Zellen mit einem einfachen mechanischen Prinzip orientieren beziehungsweise koordinieren können. Die Forscher, zu dem der Biophysiker Dr. Jens Elgeti vom Bereich Theorie der Weichen Materie und Biophysik (ICS-2 / IAS-2) gehört, konnten mit Hilfe von Computersimulationen Ergebnisse einer anderen Wissenschaftlergruppe erklären und erfolgreich am Rechner reproduzieren.

Die andere Forschergruppe hatte bei Experimenten zum Wachstumsprozess von Zellen überraschend festgestellt, dass Zellkolonien dabei nicht unter Druck, sondern unter Spannung stehen. Eigentlich hätte man erwarten können, dass Zellen bei der Teilung ihre Nachbarn einfach nur wegdrücken und so das ganze Gewebe unter Druck steht. Tatsächlich ist es eher wie beim Tauziehen. Die Zellen ziehen in eine Richtung – und zwar sowohl die Zellen vorne in den ersten Reihen einer Schicht als auch die ganz hinten. So entsteht eine Spannung. Jens Elgeti und seine Kollegen hatten sich daraufhin gefragt: Woher wissen Zellen, die nicht in vorderster Reihe stehen, in welche Richtung sie ziehen sollen? Ihre Antwort ist eine rein mechanische Erklärung. "Es ist etwa so, als ob man sich blind durch eine Menge von anderen Blinden bewegt. Man stößt gegen etwas und ändert dann die Richtung. Irgendwann laufen dann alle in eine Richtung – selbst organisiert, ohne dass irgendein Signal, etwa ein chemischer Botenstoff, allen Zellen vorher gesagt hat, dass es genau diese Richtung werden soll", erklärt der Jülicher Forscher.

Die Ergebnisse könnten für die Wundheilung interessant werden. Denn die Experimente, die das Forscherteam um Jens Elgeti am Rechner reproduzierte, gelten als Modellsysteme für Wundheilung. Es sind aber noch einige Fragen zu klären. Die Wissenschaftler vermuten, dass sich die Zellen bei der Wundheilung durch die Spannung schneller teilen und – was entscheidender sein könnte – die Spannung der neuen Gewebeschicht das darunter liegende Gewebe wie ein Heftpflaster zusammenhält.

Originalveröffentlichung:
Alignment of cellular motility forces with tissue flow as a mechanism for efficient wound healing.
Markus Basan, Jens Elgeti, Edouard Hannezo, Wouter-Jan Rappel, Herbert Levine.
Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 2013, Vol. 110 Nr. 7, http://www.pnas.org/content/110/7/2452

Institute of Complex Systems, Bereich Theorie der Weichen Materie und Biophysik (ICS-2 / IAS-2)

DKK-Klima-Frühstück zu Luftqualität

Prof. Andreas Wahner, Direktor des Instituts für Energie- und Klimaforschung des Forschungszentrums Jülich, war einer der beiden Referenten beim ersten "DKK-Klima-Frühstück", das das Deutsche Klima-Konsortium (DKK) im April in Berlin veranstaltete. Thema: Luftqualität. Anlass war die anstehende Überarbeitung der EU-Richtlinie zur Luftqualität in diesem Jahr. Unter der Fragestellung "Sind Umweltzonen nutzlos? – Leipzig und Peking, Stadt vs. Megacity – ein Vergleich" erhielten Journalisten wissenschaftliche Hintergrundinformationen zu den Schadstoffen und den Möglichkeiten, sie zu vermeiden. Wahner und Prof. Andreas Macke, Direktor des Leipziger Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung, zeigten, wie die menschengemachten Partikel – genannt Ruß, Feinstaub oder Aerosole, sowohl in unser Klima als auch in unsere Gesundheit tief eingreifen.

Das DKK-Klima-Frühstück greift monatlich oder zweimonatlich virulente Themen auf und lädt hierzu Medienvertreterinnen und -vertreter zu einem Hintergrundgespräch ein. Experten aus den Mitgliedsinstitutionen des DKK beleuchten das Thema aus unterschiedlichen Perspektiven. Ein autorisierter Kurzbericht wird im Nachgang Politik und Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Das nächste DKK-Klima-Frühstück findet im Juni zum Thema Emissionshandel statt.

Weitere Informationen:

Deutsches Klima-Konsortium

Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Troposphäre (IEK-8)

Erfolgreiche russische Partner

Der russische Ministerpräsident Dmitrij Medwedjew stattete am Rande eines Treffens mit Studenten des Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) auch dem "Laboratory of Advanced Research on Membrane Proteins" des Instituts einen Besuch ab. Das Labor arbeitet mit dem Institute of Complex Systems, Bereich Molekulare Biophysik, des Forschungszentrums Jülich zusammen.

Direktor Prof. Georg Büldt, Co-Direktor Valentin Borshchevskiy und weitere Mitarbeiter informierten den Ministerpräsidenten über die biologische Strukturforschung, die in dem Labor betrieben wird. Sie stellten ihm Kristalle des Membranproteins Bacteriorhodopsin unter einem Lichtmikroskop vor und erläuterten die zugehörige Biochemie. Borshchevskiy führte Medwedjew die Röntgenanlage vor, mit der Membranproteinkristalle untersucht werden.

Von einem weiteren Beispiel für eine erfolgreiche Partnerschaft von Jülicher Forschern und ihren russischen Kollegen berichtete unterdessen Prof. Victor Matveev, Direktor des Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna. Die russischen Wissenschaftler konnten dort zusammen mit Jülicher Wissenschaftlern die stochastische Strahlkühlung am Teilchenbeschleuniger Nuclotron erfolgreich in Betrieb nehmen. Dabei handelt es sich um eine Methode der Hochfrequenztechnik, einen Ionenstrahl gezielt in seiner Strahlqualität zu verbessern. Wissenschaftler des Jülicher Instituts für Kernphysik (IKP) unter Leitung von Prof. R. Maier unterstützten die russischen Kollegen bei der Fertigung und Inbetriebnahme mit ihren Erfahrungen aus der Arbeit mit dem Teilchenbeschleuniger COSY.

Die neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Beschleunigerprojekt NICA des JINR. Die am Nuclotron gewonnenen Erfahrungen können jetzt genutzt werden, um weitere Hochfrequenzkomponenten für den Hochenergie-Speicherring (HESR) bei dem Darmstädter Beschleunigerprojekt FAIR zu entwickeln und in Betrieb zu nehmen.

Institute of Complex Systems, Molekulare Biophysik (ICS-5)

Informationen zum Institut für Kernphysik (IKP)

Aktuelle Termine

Auf Seite http://www.fz-juelich.de/termine finden Sie aktuelle Konferenzen und Veranstaltungen im und mit dem Forschungs¬zentrum Jülich, unter anderem:

Buchpräsentation "Strom"

6. Mai, Haus der Bundespressekonferenz, Berlin

Prof. Christoph Buchal vom Forschungszentrum Jülich stellt am Montag, 6. Mai, im Haus der Bundespressekonferenz sein neues Buch „Strom“ vor. Beginn ist um 11 Uhr, Adresse: Schiffbauerdamm 40.

Mehr Informationen zum Buch:
http://www.mic-net.de/

Erstes internationales CEPLAS-Symposium

2. und 3. Mai, Köln und Düsseldorf

Die Zielsetzung des Exzellenzclusters CEPLAS (Cluster of Excellence on Plant Sciences) ist es, die grundlegenden Mechanismen zu entschlüsseln, die für ein ressourceneffizientes Pflanzenwachstum essentiell sind. Dazu bündelt CEPLAS die Fachkompetenz der Universitäten Köln und Düsseldorf, des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung sowie des Forschungszentrums Jülich. Am Donnerstag und Freitag, 2. und 3. Mai, veranstaltet CEPLAS in Köln und Düsseldorf sein erstes internationales Symposium.

Ausführliche Informationen und Veranstaltungsorte

Netz

Mobile Website

Seit März ist die Website des Forschungszentrums auch für mobile Geräte optimiert. Sie umfasst den gesamten Webauftritt des Forschungszentrums und passt sich automatisch der Breite des Bildschirms des jeweiligen Handys oder Tablets an. Nutzer, die zum Beispiel mit ihrem Handy auf die Website gehen, bekommen automatisch die mobile Version angezeigt.

Website des Forschungszentrums Jülich:
www.fz-juelich.de

Pressekontakt für die Kurznachrichten:
Erhard Zeiss, Tel. 02461 61-1841, e.zeiss@fz-juelich.de


Servicemenü

Homepage