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Exzellenzpreis 2013

Giuseppe Mercurio, Felix Plöger und Chao Zhang sind die diesjährigen Träger des Exzellenzpreises des Forschungszentrums Jülich.

Der mit jeweils 5.000 Euro dotierte Exzellenzpreis wird vom Forschungszentrum seit 2009 vergeben; zur Auswahljury gehören neben vier Vertretern des Forschungszentrums vier externe Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Die Preisträger sind junge, international erfolgreiche Forscherinnen und Forscher, die zu den fünf Prozent besten Nachwuchswissenschaftlern in ihrer Disziplin gehören und mit ihren Ideen entscheidende Impulse in ihrem Forschungsgebiet geben – in diesem Jahr in der Atmosphärenforschung, der Oberflächen- und der Biophysik.

Die Preisträger und ihre Forschung

Dr. Giuseppe Mercurio

Dr. Giuseppe Mercurio untersuchte am Jülicher Peter Grünberg Institut mit Röntgenstrahlen die Geometrie von Molekülen. "Mein Ziel war es, die Interaktion organischer Moleküle mit Metalloberflächen genauer zu erforschen. Wenn wir die Interaktion von Molekülen verstehen, dann können wir sie auch kontrollieren."

Der 28-Jährige fand heraus, dass durch die Adsorption von reaktiven Atomen die Bindung zwischen Molekülen und Metalloberflächen selektiv verändert und neue Nanostrukturen aufgebaut werden können. "Moleküle sind nicht statisch, sondern sie bewegen sich aufgrund von Vibrationen. In meiner Arbeit konnte ich den Effekt dieser Vibrationen auf die Molekülgeometrie genau quantifizieren", beschreibt er eines der Ergebnisse. Der Physiker, der aus Süditalien stammt, vermaß außerdem die gesamte detaillierte Geometrie von Molekülen und lieferte damit weitere Grundsatzerkenntnisse für Theorie, Praxis und Wissenschaft.

Mercurio erhielt für seine Untersuchungen an der ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) in Grenoble bereits im vergangenen Jahr den Max Auwärter Preis. Seit diesem Mai forscht der Physiker am Center for Free-Electron Laser Science und an der Universität Hamburg.

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Dr. Felix Plöger

Dr. Felix Plöger analysiert am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung Transportmechanismen in der Atmosphäre und ihre Auswirkungen auf das weltweite Klima. Sein Augenmerk liegt dabei auf der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre, wo er den Transport von Wasserdampf, Ozon und anderen Spurengasen untersucht.

Während seiner Doktorarbeit untersuchte Plöger den Vertikaltransport, also den Aufwärtstransport von Luftmassen, in Atmosphären- und Klimamodellen – und vereinfachte dafür wesentlich ein hochkomplexes Computermodell. Der 33-Jährige konzentrierte sich besonders auf die asiatische Monsunzirkulation, die während der saisonalen Regenzeiten entsteht. "Der asiatische Monsun setzt einen Austausch der Luftmassen zwischen den Tropen und den mittleren Breiten in Gang", erklärt Plöger. "Das bedeutet, dass sowohl die sommerliche Ozonkonzentration der Tropen als auch die Wasserdampfkonzentration in den mittleren Breiten stark durch den Monsun beeinflusst werden." Die beiden Klimazonen hängen somit stärker voneinander ab, als zuvor angenommen.

Aufbauend auf die Doktorarbeit veröffentlichte Plöger allein als Erstautor vier Beiträge. Inzwischen erfolgreich im Helmholtz-Postdoc-Programm, setzt er heute seine Forschung in Jülich fort.

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Dr. Chao Zhang

100 Tage war der Jülicher Petaflop-Rechner JUGENE beschäftigt, um den Protonentransport auf einer Zellmembran nur für einige Billionstel-Sekunden zu simulieren. Hinter den enormen Rechnungsarbeiten standen Dr. Chao Zhang, ehemals an der German Research School for Simulation Sciences (GRS), und seine Doktorarbeit.

Die Protonenwanderung auf der Zellmembran spielt eine wichtige Rolle bei der Energieproduktion in Zellen. So reproduzieren Zellen ihren Energielieferanten Adenosintriphosphat (ATP), indem sie das Gefälle der Protonendichte auf beiden Seiten ihrer Membran zur Energiegewinnung nutzen. Wie wandern Protonen auf der Zellmembran? Um diese Frage zu klären, nutzte Zhang die Möglichkeiten der Computersimulation. Der Physiker bildete die Protonenbewegung mit kleinsten Teilchen nach und berücksichtigte dabei auch quantenmechanische Effekte. Das erforderte einen unvorstellbaren Rechenaufwand: Mit 2.000 Atomen war die simulierte Protonenwanderung des jungen Wissenschaftlers eine der größten der Biophysik weltweit.

"Es muss eine zweite Schicht zwischen Zellschicht und Wasser geben", stellte Zhang bei seinen Simulationen fest, "auf der sich die Protonen so schnell wie in Wasser bewegen, während sie an der Membran haften." Wie diese bisher unbekannte Schicht aus Grenzflächenwasser beschaffen ist, wird die Biophysik weiter beschäftigen.

Zhangs Arbeit brachte ihm bereits einen Staatspreis in seinem Heimatland China. Der 29-Jährige arbeitet inzwischen an der Universität Mainz.

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