• 17. November 2016

    Kissing Ellipsoids

    Bild
    Ungeordnete Materialien wie Sand und Glas sind für Physiker schwieriger zu verstehen als gewöhnliche Kristalle. Die einzelnen Sandkörner ordnen sich in einer überwältigenden Vielzahl von lokalen Motiven an. In der Mathematik ist das lokale Packungsproblem von kugelförmigen "Sandkörnern" gelöst worden: Die sogenannte Kusszahl ist zwölf, d.h. um ein Teilchen können maximal zwölf andere angeordnet werden, so dass alle Kontakt zum zentralen Korn haben. Eine besonders symmetrische Anordnung der zwölf Teilchen ist bekannt als "Ikosaedercluster". Sogar dieses einfache Problem (ohne Schwerkraft) ist für asphärische Teilchen bisher ungelöst. Forscher der FAU haben nun die dichtesten Packungen ellipsoidförmiger Teilchen numerisch bestimmt und ihr Vorkommen als Bestandteile ungeordneter Ellipsoidpackungen untersucht. Die dichteste Packung wird dabei so bestimmt, dass das Set-Voronoi-Volumen um das zentrale Teilchen minimiert wird. So entsteht ein kompliziertes Optimierungsproblem, das numerisch gelöst werden kann. Je mehr die Ellipsoide von der Kugelform abweichen, desto höher ist die Packungsdichte im Zentrum, und desto mehr Nachbarteilchen finden um das Zentralteilchen Platz. Viele der dichtesten Strukturen weisen einen erstaunlich hohen Grad an Symmetrie auf. Weiterhin zeigt sich, dass die Verallgemeinerung des Ikosaederclusters in ungeordneten Packungen häufiger auftritt, als die bisherigen Theorien vorhersagen. Das vorgestellte Verfahren kann auf beliebig geformte und Mischungen verschieden geformter Teilchen übertragen werden, wie sie natürlicherweise in vielen Anwendungen z.B. in der Geologie oder in industriellen Prozessen vorkommen. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review X veröffentlicht.

    Weitere Informationen:
    theorie1.physik.uni-erlangen.de
    Dr. Sebastian Kapfer
    Tel.: 09131/85-28448
    sebastian.kapfer@fau.de

  • 15. November 2016

    Ultraschnelle, phasen-kontrollierte Emission von Elektronen aus metallischen Nanospitzen.

    Bild Blick durch eine Linse: Eine Nanospitze wird von einem Laserstrahl getroffen. (Bild: Dr. Michael Förster)
    Die kontrollierte Erzeugung von Elektronenpulsen auf der Femtosekunden Zeitskala ist ein wichtiger Meilenstein bei der künftigen Entwicklung von ultraschnellen Elektronenmikroskopen, handlichen Teilchenbeschleunigern oder intensiver Röntgenquellen. Die Arbeitsgruppe um Michael Förster und Peter Hommelhoff hat einen wichtigen Schritt in diese Richtung getan. Sie konnten zeigen, dass sie die (durch Multi-Photonen-Absorption) hochnichtlineare Emission von Elektronen aus einer Wolfram Nanospitze duch einen starken Laserpuls mit einem zweiten schwächeren, aber höher energetischen und phasenkorrelierten Laserpuls steuern können. Dieser Steuerpuls ist die zweite Harmonische des fundamentalen Anregungspules. Der resultierende Elektronenstrom konnte damit über die relative Phase der beiden Laserpulse bis zu 94% moduliert werden. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

    Zur ausführlichen Pressemeldung der FAU.

    Weitere Informationen:
    laserphysik.nat.fau.de
    Dr. Michael Förster
    Tel.: 09131/85-28874
    michael.foerster@fau.de

  • 10. Oktober 2016

    Diffusion einzelner Atome im Lichtbad

    Bild
    Durch eine Kombination aus Experimenten und Theorie konnte erstmals die Diffusion einzelner Atome in periodischen Systemen beobachtet und verstanden werden. Die Wechselwirkung von einzelnen Atomen mit Licht bei ultratiefen Temperaturen fast am absoluten Nullpunkt liefert neue Erkenntnisse zur Ergodizität, der Grundannahme der Thermodynamik. Die Studie der Physiker der TU Kaiserslautern (AG Prof. Artur Widera), der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) (AG Prof. Eric Lutz) und der Universität Kyoto (Dr. Andreas Dechant) wurde in der renommierten Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht.
    Zur Pressemeldung der FAU

    Weitere Informationen:
    Prof. Dr. Eric Lutz
    Tel.: 09131/85-28459
    eric.lutz@fau.de

  • 27. September 2016

    Optisches Phänomen in elektronischen Prozessen

    Bild Oben: Elektronenmikrospische Aufnahme eines metallischen Punktgitters auf Graphen mit schematischer Darstellung der Spannungsabgriffe. Der Strom fließt horizontal durch die Probe.
    Mitte: Berechnete Wellenfronten für 2 Streupotentiale, die um 30° zur Ausbreitungsrichtung verdreht sind.
    Unten: Transversale Spannung gemessen für Potentialmulden (Ti) bzw. -berge (Pd).
    Theoretisch galt es als möglich, der praktische Beleg allerdings fehlte: Physiker der FAU haben erstmals im Experiment nachgewiesen, dass relativistische Elektronen im Festkörper ebenso wie Licht Mie-artig gestreut werden können. Dem Experiment liegt das optisches Phänomen der Mie-Streuung zugrunde: Der Physiker Gustav Mie hatte vor über 100 Jahren mit einer Suspension von Goldnanopartikeln nachgewiesen, dass Licht an kugelförmigen Objekten elastisch gestreut wird, wenn der Durchmesser der Objekte in etwa der Wellenlänge der Strahlung entspricht. Dieser Effekt zeigt sich beispielsweise an Nebel und Wolken, die weiß aussehen, weil das gesamte optische Spektrum des einfallenden Lichts in den Tröpfchen des Wasserdampfs nach vorn gestreut wird. Seit Jahren wird vermutet, dass sich der Mie-Effekt auch auf elektronische Prozesse übertragen lässt. "Bezüglich Energie und Impuls verhalten sich Elektronen in bestimmten Materialien ähnlich wie Licht", erklärt Prof. Dr. Vojislav Krstić, Professor für Angewandte Physik an der FAU. "Allerdings konnte die Mie-artige Streuung von Elektronen bislang nicht nachgewiesen werden." Genau das aber ist Krstić gemeinsam mit Forscherkollegen der FAU nun gelungen. Dafür haben die Physiker Metallscheibchen mit einer Stärke von etwa 100 Nanometern Durchmesser auf Graphen, ein zweidimensionales, hexagonales Gitter aus Kohlenstoffatomen, aufgedampft. Krstić: "Im Grunde haben wir das Mie-Experiment in eine zweidimensionale Anordnung gebracht: Statt der in einer Suspension schwimmenden Goldpartikel haben wir ein symmetrisches Raster aus Titan- und Palladiumscheibchen verwendet, und die Elektronen des zweidimensionalen Graphens ersetzen die Lichtwellen." Die Forscher haben durch die Graphen-Metallraster-Probe einen konstanten Strom fließen lassen, wodurch der Impuls für die Bewegung der Kohlenstoff-Elektronen vorgegeben wurde. Der Grundgedanke in Analogie zur Optik: Durch Streuung der Elektronen ‐ die quantenphysikalisch auch als Wellen aufgefasst werden können ‐ an einem Metallscheibchen wird eine neue, räumlich symmetrisch fortlaufende Wellenfront erzeugt, die wiederum auf weitere Punkte im Metallraster trifft. Liegen die Metallscheibchen nicht parallel zur Fließrichtung des Stroms, sondern wie im Experiment um 30 Grad gedreht, dann werden die entstehenden Wellen kaskadenartig zu einer Seite hin abgelenkt. Dadurch befinden sich letztlich ‐ transversal zur Stromrichtung ‐ auf einer Seite der Probe mehr Elektronen als auf der anderen. Dies bedeutet, dass eine messbare Spannung vorliegt, welche die Physiker der FAU zuverlässig gemessen und damit den experimentellen Nachweis erbrachten, dass relativistische Elektronen Mie-artiger Streuung unterliegen können.
    Hervorzuheben ist, dass der Effekt sehr robust ist und weder ein Vakuum noch extrem niedrige Temperaturen erfordert. Damit könnten die Ergebnisse schon bald die Grundlage für elektrische Metamaterialien sein und für die Entwicklung von umschaltbaren Stromteilern oder Sensoren genutzt werden ‐ ähnlich den Hall-Sensoren, die bereits heute zuverlässig als berührungs- und kontaktlose Signalgeber und Strommesser arbeiten.

    * doi: 10.1038/NCOMMS12894
    Die Forschungsergebnisse wurden unter dem Titel "An electrical analogy to Mie scattering" in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

    Weitere Informationen:
    Prof. Dr. Vojislav Krstić
    Tel.: 09131/85-28431
    vojislav.krstic@fau.de

  • 26. August 2016

    Rashba Effekt sorgt für reibungslosen Transport

    Bild Bewegt sich ein Elektron durch organisch-anorganische Perowskit-Halbleiter, so zeigt sein Spin wie eine Magnetnadel stets senkrecht zur Bewegungsrichtung (gelb) und zu elektrischen Feldern (schwarz), die durch winzige Verzerrungen im Material erzeugt werden. Das Elektron, also Strom, kann sich dadurch effizient durch den Kristall bewegen. Stöße müssten nämlich gleichzeitig Spin und Bewegungsrichtung ändern, was selten vorkommt. Graue und grüne Kugeln stehen für die Blei- und Brom-Atome, aus denen das Material besteht, Hanteln für die eingelagerten Moleküle. (Bild: FAU/Daniel Niesner)
    Wird der Spin der Elektronen bezüglich ihrer Transportrichtung ausgerichtet, können Streuprozesse minimiert werden und damit z.B. die Effizienz von Solarzellen gesteigert werden. Hier zeigen sich organisch-anorganische Halbleiter mit Perowskit-Struktur als aussichtsreiche Kandidaten. Diese Kristalle zeichnen sich dadurch aus, dass sie anorganische Komponenten (Blei oder Zinn, und Iod oder Brom) mit organischen Molekülen verbinden, und die wünschenswerten Eigenschaften beider Materialklassen kombinieren. Die Materialien haben in den letzten Jahren für Aufsehen gesorgt durch ihre hohe Effizienz in Solarzellen, Lasern, Leuchtdioden, sowie in Detektoren für sichtbares Licht, UV- oder Röntgenstrahlung.
    Die Ergebnisse des Erlanger Teams des Lehrstuhls für Festkörperphysik, des i-Meet am Department für Materialwissenschaften und des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung wurden in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

    Zur Pressemeldung der FAU
    Weitere Informationen:
    Dr. Daniel Niesner
    Tel.: 09131/85-28403
    daniel.niesner@fau.de

  • 21. Juli 2016

    Magnetische Atome in Reih und Glied

    Eindimensionale Schematische Darstellung der eindimensionalen Atomketten: Die Sauerstoffmoleküle (rot) trennen die Metallatome - hier Kobalt (gelb) und Eisen (blau) - von der Iridium-Trägerschicht (grau). Die Pfeile zeigen die unterschiedliche Magnetisierung der Metalle an. (Grafik: FAU/Pascal Ferstl)
    Ein Teil der Faszination der Nanotechnologie ist darauf zurückzuführen, dass Materialien neue, unerwartete Eigenschaften aufweisen, wenn man sie in ihrer Dimensionalität einschränkt, das heißt, wenn man einen Kristall nicht in drei Dimensionen wachsen lässt sondern nur in zwei oder gar in einer. Letzteres bedeutet nichts anders, als die Atome in einer Kette anzuordnen. Die Eigenschaften einer solchen Kette ändern sich aber schon durch kleinste Fehler, z.B. ein einziges fehlendes oder falsch sitzendes Atom. Ein besonderes Interesse besteht in der Forschung daran, niederdimensionale magnetische Systeme zu verstehen, da diese zunehmend die Eigenschaften der heutigen magnetischen Datenspeicher dominieren. Für die Grundlagenforschung stellt sich zunächst aber das Problem, so eine Kette von magnetischen Atomen möglichst perfekt herzustellen und auch verifizieren zu können, dass es den gewünschten niederimensionalen Aufbau hat.
    In der Arbeitsgruppe von Prof. Heinz und Prof. Schneider am Lehrstuhl für Festkörperphysik der FAU Erlangen-Nürnberg und von Prof. Redinger am Center for Computational Materials Science der TU Wien ist es gelungen, ein faszinierendes eindimensionales magnetisches System herzustellen und in seinen Details aufzuklären. Die Forscher konnten zeigen, dass Sauerstoff das Wachstum von perfekten einatomaren Ketten aus Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel auf einer Iridium-Oberfläche erlaubt. Diese Ketten entstehen selbstorganisiert (also "von selbst"), bedecken die gesamte Iridium-Oberfläche, sind lateral streng periodisch in einem Abstand von 0.8 nm angeordnet und können bis zu 500 Atome lang werden, ohne einen einzigen Baufehler aufzuweisen. Diese Perfektion konnte bislang in keinem anderen magnetischen System erreicht werden. Es zeigte sich darüberhinaus, dass die Materialien auch gemischt werden können, so dass man einerseits perfekte Ketten aus einem Material wachsen kann, andererseits aber auch Ketten in denen sich die Materialien abwechseln, so wie es in dem Bild gezeigt ist.
    Nach der Entdeckung der Ketten begann die eigentliche Forschungsarbeit der Gruppe: es mussten die Anordnung der Atome und die elektronischen bzw. magnetischen Eigenschaften der Ketten aufgeklärt werden. Dabei stellte sich heraus, dass die Sauerstoffatome für die Ketten eine wichtige Rolle spielen. Sie heben die Metallatome förmlich von der Unterlage ab, so dass die Kettenatome nur über die Sauerstoffatome mit dem Substrat verbunden sind. Erst dadurch erhalten die Ketten ihren quasi-eindimensionalen Charakter. Mit Hilfe der Berechnungen, die in der Arbeitsgruppe in Wien durchgeführt wurden, konnte gezeigt werden, dass sich die magnetischen Eigenschaften von unmagnetisch (Nickel) zu ferromagnetisch (Kobalt) und antiferromagnetisch (Eisen und Mangan) verändern. Daher lassen sich statistisch wohldefinierte Ensembles präparieren, in denen z.B. ferromagnetische Kettensegmente von antiferromagnetischen oder unmagnetischen Segmenten getrennt werden. Durch diese Arbeit ist dieses faszinierende System auch eines der strukturell am besten charakterisierten überhaupt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Physical Review Letters gerade veröffentlicht.

    Zur Pressemeldung der FAU
    Kontakt und weitere Informationen: Prof. Dr. M. Alexander Schneider

  • 4. Juli 2016

    Wie bringen sich menschliche Zellen nach Krafteinwirkung wieder in ihre ursprüngliche Form?

    Magnetische Mit diesem selbstgebauten Messgerät "Magnetic Tweezer", einer hochpräzisen Elektromagnet- nadel, haben die Wissenschaftler Zellskelette analysiert. (Bild: Navid Bonakdar)
    Menschliche Zellen verformen sich unter Krafteinwirkung. Aber wie stellen sie ihre ursprüngliche Form wieder her? Diesen für die Medizin und Biologie wichtigen Mechanismus beschreiben Wissenschaftler der Erlanger Biophysik (Prof. Dr. Ben Fabry) zusammen mit internationalen Kollegen nun erstmalig in einem Artikel in der Fachzeitschrift Nature Materials.
    Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass plastische Deformationen der Zelle durch mikroskopische Schäden im Zellskelett hervorgerufen werden, einem Netzwerk aus faserartigen Strukturen, die das Zellinnere durchziehen und die mechanische Stabilität der Zelle sichern. Die Ergebnisse helfen dabei, kranke Zellen im Vergleich zu gesunden Zellen genauer zu charakterisieren ‐ und damit beispielsweise Krebs, Lungen- oder Herzkrankheiten besser zu verstehen.
    Zur ausführlichen Pressemeldung der FAU...

  • 15. April 2016

    Der "Ein-Atom-Motor"

    Vakuumkammer Blick in Vakuumkammer, in der sich die Atom-Falle befindet. (Bild: Johannes Roßnagel).
    Den kleinsten Motor der Welt haben jetzt Physiker der FAU zusammen mit Kollegen der Universitäten Mainz und Kassel konstruiert: Die winzige Maschine besteht aus nur einem einzigen Atom und ist in der Lage, effektiv Wärme in Kraft umzuwandeln. Darüber berichten sie jetzt in dem renommierten Forschungsmagazin Science.
    Seit der industriellen Revolution spielen Wärmekraftmaschinen in unserer Gesellschaft eine entscheidende Rolle. Sie wandeln Wärme in Bewegung und trieben bzw. treiben zum Beispiel als Dampfmaschinen oder Motoren Fahrzeuge an. Ihr Funktionsprinzip ist recht einfach: Eine luftdichte Kammer wird erhitzt und wieder abgekühlt, wodurch sich das darin befindliche Gas ausdehnt und zusammenzieht. Durch die Druckschwankungen wird ein Kolben auf und ab bewegt, der über eine Kurbelwelle ein Schwungrad antreibt.
    Dieses Prinzip wenden die Wissenschaftler um Prof Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler von der Universität Mainz, Prof. Dr. Kilian Singer von der Universität Kassel und Prof. Dr. Eric Lutz von der Universität Erlangen-Nürnberg auf ein einziges elektrisch geladenes Kalzium-Atom an. Vier nur wenige Millimeter lange Metallstäbchen halten das Teilchen in der Schwebe. Mithilfe eines elektrischen Rauschsignals wird das Atom dann in heftige Schwingungen versetzt und so aufgeheizt. Im zweiten Schritt wird es wieder abgekühlt, indem man seine Bewegungen abbremst. Dazu beschießen die Wissenschaftler das Atom mit einem Laserstrahl. Durch das Aufheizen und Abkühlen wird das Atom in Schwingungen versetzt - vergleichbar mit dem Auf und Ab der Kolben in den Zylindern eines klassischen Motors. Mit jedem Aufwärm- und Abkühlzyklus vergrößert das Atom seinen Schwingungsradius und speichert so Energie.
    Zur ausführlichen Pressemeldung der FAU...

  • 16. März 2016

    Erlanger Astrophysiker erforschen Beschleuniger galaktischer kosmischer Strahlung mit beispielloser Energie

    Hess H.E.S.S.-Array in Namibia. (Bild: C. Föhr, MPIK)
    Einem internationalen Forscherteam unter federführender Beteiligung des Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) der FAU ist es gelungen, zum ersten Mal eine Quelle galaktischer kosmischer Strahlung mit Petaelektronvolt-Energie zu identifizieren: Das supermassive schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. Eine detaillierte Analyse neuester Daten aus den Teleskopen des High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) legt diesen Schluss nahe. Seit mehr als 10 Jahren kartographieren Wissenschaftler mit diesem empfindlichsten Teleskop seiner Art in Namibia das Zentrum der Milchstraße in höchstenergetischer Gammastrahlung. Die Ergebnisse werden am 16. März 2016 im Fachjournal Nature veröffentlicht. Zur ausführlichen Pressemeldung der FAU...

  • 10. Dezember 2015

    Prototyp eines Einzelteleskops für das weltweit größte Gammastrahlenteleskop wurde eingeweiht

    / Die Gäste der Einweihungsfeier vor dem Prototypen des Gamma-ray Cherenkov Telescope. (Bild: Akira Okumura)
    Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Stefan Funk am Department Physik hat Anfang Dezember auf dem Gelände des Observatoire de Paris in Meudon den Prototypen des "Gamma-ray Cherenkov Telescope" (GCT) gefeiert, der für das Cherenkov Telescope Array (CTA) entwickelt wurde. Das CTA wird mit seinen rund 100 Einzelteleskopen das größte Gammastrahlenteleskop der Welt sein und die Empfindlichkeit bisheriger Teleskope um den Faktor 10 übertreffen. Bereits wenige Tage vor seiner offiziellen Einweihung hatte das GCT sein erstes Cherenkow-Licht, also Bilder von atmosphärischen Teilchenschauern, aufgenommen ‐ als erstes für das Cherenkov Telescope Array (CTA) vorgesehenes Teleskop überhaupt. Mehr ...

  • 19. November 2015

    Teilchenbeschleuniger im Taschenformat
    Internationales Forscherteam unter Federführung des Lehrstuhls für Laserphysik und der Stanford University erhält 13,5 Millionen Dollar von der Gordon and Betty Moore Foundation

    / Das Bild zeigt die Größenverhältnisse der Beschleunigerstruktur auf dem Chip. Die Matrix, auf der die Elektronen beschleunigt werden, weist eine Struktur in der Nanometerskala auf. (Bild: FAU/Joshua McNeur)
    Mit Teilchenbeschleunigern werden hochenergetische Teilchenstrahlen mit möglichst großer Helligkeit erzeugt, die zur Untersuchung von physikalischen Phänomenen verwendet werden können, die normalerweise im Labor nicht zugänglich wären. Dementsprechend sind solche Maschinen extrem groß, teuer und nicht ohne weiteres verfügbar. Der Lehrstuhl für Laserphysik (Prof. Dr. Peter Hommelhoff) arbeitet daran, solche Beschleuniger deutlich zu miniaturisieren, mit dem Ziel einen Beschleuniger in Chipgröße zu bauen (ähnlich den elektronischen Mikrochips). Dies soll mittels eines neuartigen, Laser-basierten Beschleunigerdesigns realisiert werden, welches erstmals 2013 gleichzeitig in Stanford und an der FAU demonstriert worden ist. Das Vorhaben wird nun durch die Gordon und Betty Moore Stiftung im Rahmen eines internationalen Forschungsprojektes mit 13,5 Mio. US$ finanziert (FAU-Pressemeldung), wovon ein bedeutender Teil (ca. 2,2 Mio. €) nach Erlangen geht.

  • 25. Juni 2015

    FAU-Physiker kommen ungewöhnlichem Verhalten des elektrischen Widerstands auf die Spur
    In doppellagigem Graphen wächst der elektrische Widerstand linear mit dem Magnetfeld ‐ ein jahrzehntelanges Rätsel der Festkörperphysik konnte gelöst werden.

    Graphen ‐ eine einzelne atomar dünne Lage des Alltagsmaterials Graphit ‐ ist für viele Überraschungen gut. Für die Entdeckung dieses Materials wurde 2010 der Nobelpreis für Physik vergeben. Bei der Untersuchung der Doppellage von Graphen gab es nun eine spannende Beobachtung, die den Schlüssel zu einem rätselhaften Phänomen der Festkörperphysik liefert: ein ungewöhnliches Verhalten des elektrischen Widerstands im Magnetfeld. FAU Forscher können dies nun erklären. Beim Zusammenbringen der zwei atomar dünnen Graphenlagen bilden sich auf atomarer Skala kleinstmögliche Falten, die das Material in der Fläche in ein Mosaik zerteilen. Der elektrische Strom geht im Magnetfeld verschlungene Wege durch dieses Mosaik, was das ungewöhnliche Phänomen hervorruft. Ihre Erkenntnisse veröffentlichten Wissenschaftler der FAU jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Nature Physics * DOI: 10.1038/nphys3368
    Mehr in der FAU-Pressemeldung...

  • 06. Mai 2015

    Methodischer Durchbruch in der Einzelmolekülelektronik bei Nano Letters veröffentlicht
    K. Ullmann und Mitarbeiter berichten über erfolgreiche Experimente, in denen einzelne Moleküle mit Graphen-Nanoelektroden elektrisch kontaktiert wurden. Es konnten stabile Strom-Spannungs Kennlinien eines molekularen Drahts mit Fulleren-Endgruppen gemessen werden, die eine verblüffende Ähnlichkeit zu früheren Messungen mit dicken Goldelektroden zeigen. Die neuen Nanometerspaltelektroden sind ultraflach, robust und transparent, wodurch jetzt lang ersehnte Experimente ermöglicht werden.

  • 16. Januar 2015

    Wie Nanopartikel interne Struktur von Flüssigkeiten umordnen

    Prof. Dr. Reinhard Neder und Mirijam Zobel
    Mirijam Zobel und Prof. Dr. Reinhard Neder während des Experiments an der European Synchroton Research Facility in Grenoble. (Bild: FAU)
    Fast unbemerkt sind sie Teil unseres täglichen Lebens geworden: Nanopartikel führen in Kosmetika, Nahrungsmitteln und Medikamenten, aber auch in Katalysatoren zu besonderen Eigenschaften der Produkte. In den meisten Anwendungsgebieten werden die Nanopartikel in Flüssigkeiten aufgelöst, denn viele ihrer Eigenschaften entstehen an den Grenzflächen. Bisher konnten Wissenschaftler jedoch nur theoretisch modellieren, ob und wie sich die interne Struktur einer Flüssigkeit an der Oberfläche eines Nanopartikels verändert. Physikern der FAU ist nun erstmals der experimentelle Nachweis gelungen. Ihre Ergebnisse haben sie jetzt in dem renommierten Wissenschaftsjournal Science* veröffentlicht.
    Flüssigkeiten wie Wasser oder Alkohole besitzen eine interne Struktur: Sauerstoffelemente wechselwirken mit Wasserstoffatomen, wodurch sich Strukturen wie beispielsweise Ringmotive oder Ketten innerhalb der Flüssigkeit bilden. Diese Struktur bricht in der Nähe von glatten Oberflächen – wie beispielsweise Gefäßwänden – auf. Für Nanopartikel sagten Wissenschaftler eine ähnliche Verhaltensweise voraus, es fehlte bisher jedoch der experimentelle Nachweis. Den haben nun die FAU-Wissenschaftler Prof. Dr. Reinhard Neder und Mirijam Zobel von der Professur für Allgemeine Mineralogie/Kristallographie geliefert.
    Für den Nachweis benutzen die FAU-Wissenschaftler die Pair Distribution Function (PDF; deutsch: Paarverteilungsfunktion). Da weltweit nur wenige Geräte die präzisen PDF-Messungen erlauben, reisten die FAU-Wissenschaftler zur European Synchroton Radiation Facility ins französische Grenoble. Dort bestrahlten die Wissenschaftler die Proben – eine Vielzahl selbst hergestellter und käuflich erworbener Nanopartikel wie beispielsweise Zinkoxid oder Silber aufgelöst in verschiedenen Lösungsmitteln – mit hochenergetischen Röntgenstrahlen. Die Strahlen erzeugten ein Röntgenbild sobald sie auf die Elektronen des Nanopartikels und des Lösungsmittels treffen. Mithilfe dieser Aufnahme berechneten die Wissenschaftler, wie weit die einzelnen Atome voneinander entfernt sind ‐ und wiesen so nach, dass sich die Moleküle an der Grenzfläche von Nanopartikel und Flüssigkeit neu ordnen. Diese Umordnung ist direkt an der Grenzfläche am stärksten und erstreckt sich über etwa fünf Molekülschichten, bis weiter von der Grenzfläche entfernt wieder die Eigenschaften der reinen Flüssigkeiten angenommen werden. "Wir erwarten, dass unsere allgemeingültigen Ergebnisse die Modellierung von chemischen Reaktionen an Oberflächen maßgeblich beeinflussen", erklärt Mirijam Zobel.

    *M. Zobel, R. B. Neder, S. A. J. Kimber, Science, 16. Januar 2015, Vol. 347, no. 6219. DOI: 10.1126/ science.1261412 (zum Artikel)

    Weitere Informationen unter:
    Mirijam Zobel
    Tel.: 09131/85-25185
    mirijam.zobel@fau.de

  • 9. Dezember 2014

    ERC Starting Grant geht an Prof. Dr. Sabine Maier

    Prof. Dr. Sabine Maier Prof. Dr. Sabine Maier wurde vom Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) im Rahmen des EAM "Rising-Star"-Programms zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Oktober 2010 als W1-Professorin für Rastersondenmikroskopie an das Department für Physik der Universität Erlangen-Nürnberg berufen. Nachdem sie 2013 einen EAM Starting Grant in Höhe von 100.000 Euro erhielt, kann sie jetzt den ERC Starting Grant in Höhe von fast 1,5 Millionen Euro nutzen, ihr Forschungsgebiet auszubauen und ihre Arbeitsgruppe personell weiter aufzustocken. Sabine Maier untersucht mit der Rastersondenmikroskopie strukturelle und elektronische Eigenschaften molekularer Filme auf isolierenden Substraten im Ultrahochvakuum bei tiefen Temperaturen. Ihr Ziel ist es, geeignete 2-dimensionale Molekülstrukturen für nanoelektronische Anwendungen zu finden.
    Mit Sabine Maier gehen inzwischen 3 ERC starting grants an die Physik der FAU. Bereits erfolgreich waren hier Prof. Dr. Florian Marquardt und Prof. Dr. Ana-Sunčana Smith.

    Weitere Informationen unter FAU Pressemitteilungen .

  • 5. Dezember 2014

    Struktur und Stabilisierungsmechanismus der Magnetit (001) Oberfläche aufgeklärt Magnetit
    Magnetit (Fe3O4) ist ein wichtiger Katalysator, dessen Funktionalität wesentlich von den Eigenschaften seiner Oberflächen abhängt. In Zusammenarbeit mit zwei Forschergruppen der TU Wien ist es nun Lutz Hammer, Pascal Ferstl und M. Alexander Schneider vom Lehrstuhl für Festkörperphysik gelungen, mit Hilfe der Beugung langsamer Elektronen (LEED) die atomare Struktur der Magnetit(001) Oberfläche aufzuklären. Rätselhaft war unter anderem, warum zusätzliche adsorbierte Metallatome nur bestimmte Bindungsplätze auf der Oberfläche einnehmen, die 0.84 Nanometer voneinander getrennt sind und dort thermisch sehr stabil verweilen, ohne Cluster zu bilden. Dies war mit den bestehenden Modellvorstellungen nicht zu erklären. Des Rätsels Lösung ist nun gefunden: An der Oberfläche bildet sich eine besondere Struktur aus, bei der im Gitter der Metallionen Leerstellen und Zwischengitteratome entstehen, die die Adsorption an der Oberfläche entscheidend beeinflussen. Hier zeigt sich zum ersten Mal eindeutig, dass ein ionischer Metalloxidkristall seine Oberflächenstruktur nicht nur - wie bisher angenommen - durch Leerstellen im Sauerstoffgitter erreicht, sondern daß alternativ auch änderungen im Kationengitter auftreten können, zumindest in einer bestimmten Klasse von Materialien und Oberflächenorientierungen.
    Entscheidend für den Erfolg der Arbeit, die in der Fachzeitschrift Science* erschienen ist, war die in Erlangen durchgeführte Messung und Auswertung der Elektronenbeugungsintensitäten. Die hohe Qualität dieser Analyse erlaubte es, neben der eindeutigen Verifizierung des neuen Modells insgesamt 64 Parameter dieser Oberflächenstruktur mit sehr hoher Genauigkeit zu bestimmen. Neben der Aufklärung der Magnetitstruktur zeigt die Arbeit auch, dass die Strukturbestimmung mit Hilfe der Elektronenbeugung auch bei Oxidkristallen zu sehr genauen Ergebnissen führen kann. Wesentliche Limitation bisheriger Arbeiten war somit nicht die Methode an sich - wie vielfach in der Literatur gemutmaßt - sondern die oftmals unzureichend definierte Präparation der Kristalloberflächen sowie das Fehlen der richtigen Idee für die vorliegende Struktur.

    * Veröffentlicht am 5. Dezember 2014 in Science: R. Bliem, et al., Science Vol. 346, no. 6214, pp. 1215-1218; DOI: 10.1126/science.1260556

    Weitere Informationen unter FAU Pressemitteilungen .

  • 29. Oktober 2014

    Lehrstuhl für Angewandte Physik am Bayerischen Patentkongress 2014 Quelle: www.baymevbm.de


    Die vom Lehrstuhl für Angewandte Physik (Prof. Heiko B. Weber) zum Patent angemeldete Erfindung der Siliziumkarbid/Graphen-Transistoren und Schaltkreise wurde als eine von fünf besonders aussichtsreichen Erfindungen der bayerischen Universitäten und Hochschulen von Dr. Michael Krieger auf dem Bayerischen Patentkongress 2014 in München vorgestellt.
    Siliziumkarbid/Graphen-Transistoren sind besonders einfach herzustellende elektronische Bauteile, die die besonderen Eigenschaften der Materialplattform Siliziumkarbid/Graphen ausnutzen. Diese Materialplattform verbindet zwei der robustesten elektronischen Materialien miteinander. Siliziumkarbid (SiC) ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke, der hervorragende Eigenschaften für leistungselektronische Bauteile hat. Graphen ist eine ein-atomar dünne Kohlenstoffschicht, die bzgl. der physikalischen Eigenschaften alle Superlativen vereint. Der Lehrstuhl für Angewandte Physik hat auf diesem Gebiet mit 25 Jahren Erfahrung - quasi von Beginn an - ein Alleinstellungsmerkmal. Für die experimentelle Entdeckung von Graphen im Jahr 2004 gab es vor 4 Jahren den Nobel-Preis. SiC und Graphen haben eine natürliche Verbindung; Graphen kann auf SiC großflächig hergestellt werden. Das Verfahren wurde am Lehrstuhl in Zusammenarbeit mit Prof. Thomas Seyller (inzwischen Lehrstuhlinhaber an der Universität Chemnitz) mit als erstes entwickelt. Dieses epitaktische Graphen wird heute weltweit in der Forschung verwendet und hat einerseits hervorragende Eigenschaften für die Graphen-Forschung und ist andererseits für industrielle Anwendungen auf der Waferskala herstellbar. Der Lehrstuhl für Angewandte Physik hat als erstes das Potential der gemeinsamen Materialplattform erkannt und daraus eine Elektronik entwickelt, die Anwendung finden kann in der SiC Leistungselektronik, bei GaN-Leuchtdioden, die auf SiC hergestellt werden, und als Schalttransistoren für graphenbasierte Hochfrequenzverstärker.
    Weitere Informationen zum Bayerischen Patentkongress 2014 unter bayme vbm und TV Bayern .

  • Oktober 2014

    Prof. Dr. Klaus Heinz (i.R.) erhält den Surface Structure Prize Klaus Heinz
    für seine herausragenden Beiträge zur Entwicklung und Anwendung von LEED-basierten Methoden zur Lösung einer Vielzahl von oberflächenstrukturellen Problemen

    Prof. Klaus Heinz, entpflichteter Professor am Lehrstuhl für Festkörperphysik, wurde kürzlich mit dem international renommierten 'Surface Structure Prize' ausgezeichnet in Anerkennung 'seiner herausragenden Beiträge zur Entwicklung und Anwendung LEED-basierter Methoden zur Lösung einer Vielzahl oberflächenstruktureller Probleme'. Klaus Heinz ist der insgesamt sechste Träger dieser Auszeichnung, welche erstmals im Jahr 1996 an Sir John Pendry verliehen wurde. Der Preis wurde diesen Sommer auf der weltweiten Oberflächenstrukturkonferenz 'ICSOS-11' in Warwick, England im Rahmen eines kleinen Festakts überreicht, den der Laureat mit einem Vortrag zum Thema 'Surface crystallography by LEED - A demonstration of present capabilities' beschloss. Das von Klaus Heinz und seiner Gruppe über Jahrzehnte hinweg erfolgreich betriebene Forschungsgebiet - die Oberflächenstrukturanalyse mit Hilfe der Elektronenbeugung - wird auch nach seinem Ausscheiden aus dem aktiven Dienst am Lehrstuhl für Festkörperphysik fortgesetzt und von ihm hoffentlich noch sehr lange beratend begleitet.
    Nähere Informationen finden Sie auf der Seite des IOP

  • September 2014

    Weltspitze in der Astroteilchenforschung
    ECAP
    FAU-Forschungszentrum ECAP erhält 2,2 Millionen Euro Förderung vom BMBF - weltgrößtes Gammastrahlenteleskop CTA geplant

     Erlangen entwickelt sich zu einem internationalen Zentrum der Astroteilchenphysik: Mit der aktuellen Zuwendung von 2,2 Millionen Euro setzt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die erfolgreiche Förderung des Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) fort. Ein großer Teil der Förderung fließt in die Entwicklung und den Bau des größten Gammastrahlenteleskops der Welt. Das ECAP ist an internationalen Großprojekten der Neutrino-, Gamma- und Röntgen- Astronomie führend beteiligt ... FAU-Pressemitteilung
    Foto: Prof. Dr. Christopher van Eldik (l.) und PD Dr. Alexander Kappes (r.) vom ECAP mit Stefan Müller, Parlamentarischer Staatssekretär beim BMBF (m.)
    zur ECAP Webseite

  • Februar 2014

    Physiker vollziehen anhand eines Computermodells nach, wie sich runzlige Haut wieder glättet

    Computermodell Keratinfasern Runzlige Finger nach einem Bad: Wir alle kennen dieses Phänomen. Verbringen wir längere Zeit im Wasser, nimmt unsere Haut Feuchtigkeit auf, und die Zellen der äußeren Hautschicht schwellen an. In trockener Umgebung gibt die Haut das zusätzlich aufgenommene Wasser aber ohne bleibende Schäden wieder ab und ist schon kurze Zeit später wieder glatt. Wie dies möglich ist, konnten Wissenschaftler nun anhand eines physikalischen Modells nachvollziehen: Physikerin Dr. Myfanwy Evans von der FAU und Professor Roland Roth vom Institut für Theoretische Physik der Universität Tübingen modellierten im Computer erstmals die Struktur der äußeren Hautschicht auf der mesoskopischen Skala. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift Physical Review Letters (Shaping the Skin: The Interplay of Mesoscale Geometry and Corneocyte Swelling; Myfanwy E. Evans and Roland Roth; PRL 112, 038102 (2014)) veröffentlicht.
    Das Bild zeigt die geordnete Struktur der Keratin-Fasern der äußeren Hautzellen im zusammengezogenen (links) und ausgedehnten (rechts) Zustand. Der Raum zwischen den Fasern ist mit Wasser gefüllt.
    Hier finden Sie das Video des Bayrischen Rundfunks aus dem Bericht der Abendschau vom 19.02.2014

  • November 2013

    ERC Consolidator Grant für Prof. Dr. Peter Hommelhoff

    Laser auf Metallspitze Prof. Dr. Peter Hommelhoff, seit 2012 Leiter des Lehrstuhls für Laserphysik, erhält als herausragender Forscher vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council ­ ERC) einen mit 2 Mio. € dotierten 'Consolidator Grant'. Der ERC vergibt diesen Grant für das bahnbrechende und exzellente Forschungsvorhaben zur Untersuchung der Wechselwirkung von ultrakurzen, intensiven Laserpulsen mit Metallspitzen.
    Mehr auf der Homepage von Prof. P. Hommelhoff
    Pressemitteilung der FAU.

  • November 2013

    ERC Advanced Grant für Prof. Dr. Gerd Leuchs

    Experiment "Durch ERC Advanced Grants können herausragende etablierte Spitzenforscher ... wegbereitende risikoreiche Forschungsvorhaben durchführen, mit denen ... neue Wege beschritten werden". Damit fördert der europäische Forschungsrat ein Grundlagenprojekt, in dem der ideale Umkehrprozeß der Emission eines einzelnen Photons von einem Atom, also die Absorption eines einzelnen Photons durch ein Atom (in einer Atomfalle) untersucht werden soll. Mehr auf der Homepage 4piPAC.
    Pressemitteilung der FAU.

  • Juli 2013

    Neue DFG-Forschergruppe FOR 1878 "funCOS" bewilligt
    funCOS Logo Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat die Einrichtung der Forschergruppe FOR 1878 "funCOS - Functional Molecular Structures on Complex Oxide Surfaces" beschlossen. Von den 15 beteiligten Arbeitsgruppen stammen 5 aus dem Department Physik, 8 aus dem Department Chemie und Pharmazie und zwei aus der Technischen Fakultät. Sprecher ist Prof. Dr. J. Libuda (Chemie). Ziel der interdisziplinären Forschergruppe ist es, vor dem Hintergrund des großen Interesses an der Gestaltung funktionaler Molekülschichten die Bindungseigenschaften größerer organischer Moleküle auf oxidischen Oberflächen zu untersuchen. Die Arbeitsgruppen aus der Physik verwenden theoretische und experimentelle Methoden aus der Festkörperphysik, um die Bindungsverhältnisse, die elektronischen Eigenschaften und das Wachstum der dünnen Molekülschichten auf atomaren Skalen zu charakterisieren.
    Weitere Informationen: DFG Pressemitteilung

  • Juli 2012

    Weltgrößtes Tscherenkow-Teleskop sieht sein "Erstes Licht"
    Bild Teleskop Am 26. Juli 2012 ist das H.E.S.S. II-Teleskop in Namibia in Betrieb gegangen. Mit seinem 28-Meter-Spiegel ist H.E.S.S. II das größte jemals gebaute Tscherenkow-Teleskop. Es wird die energiereichsten und extremsten Phänomene im Universum im sehr hochenergetischen Gammalicht beobachten, zusammen mit den vier kleineren (12 Meter) Teleskopen, die schon seit 2004 in Betrieb sind. Das H.E.S.S.-Observatorium (High Energy Stereoscopic System) bleibt damit das Spitzeninstrument der bodengebundenen Gammastrahlen-Astronomie und wird ein tieferes Verständnis bekannter hochenergetischer kosmischer Quellen wie supermassive Schwarzer Löcher, Pulsare und Supernovae, wie auch die Suche nach neuen Klassen von hochenergetischen kosmischen Strahlungsquellen ermöglichen. Auch Physiker des "Erlangen Centre for Astroparticle Physics" (ECAP) und Werkstattmitarbeiter des Physikalischen Instituts der FAU sind am Aufbau und Betrieb des Instruments sowie der Auswertung seiner Daten beteiligt. Weitergehende Informationen auf der ECAP Website

  • Juli 2012

    Schalter aus einem Guss: Graphen-Siliziumkarbid-Transistoren
    Schema Forscher am Lehrstuhl für Angewandte Physik haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich aus Graphen und Siliziumkarbid leistungsfähige integrierte Schaltkreise herstellen lassen. Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift „nature communications“ publiziert.
    Graphen ist eine Graphitschicht mit der Dicke einer einzigen Atomlage. Das Material hat außergewöhnliche Eigenschaften, und Wissenschaftler auf der ganzen Welt sehen darin großes Potenzial für die Elektronik. Bereits 2009 haben Erlanger Wissenschaftler das Verfahren zur großflächigen Herstellung von Graphen auf einer Siliziumkarbidschicht entwickelt – allerdings ist es bisher nicht gelungen, leistungsfähige Transistoren mit guten Schalteigenschaften aus Graphen zu entwickeln.
    Genau das haben Prof. Dr. Heiko Weber vom Lehrstuhl für Angewandte Physik der FAU und seine Mitarbeiter nun geschafft. Dabei gingen sie einen anderen Weg als die meisten ihrer internationalen Kollegen: "Wir verwenden ebenfalls Siliziumkarbid als Trägermaterial für das Graphenwachstum - allerdings nicht als isolierende, sondern als leitfähige Schichtstruktur", erklärt Prof. Weber. "Das heißt, wir nutzen die Eigenschaften beider Materialien für elektronische Prozesse." Weiter zur vollständigen Pressemitteilung

  • Mai 2012

    Magnetowiderstand: Wechselwirkung der Ladungsträger in Graphen
    Messreihe Die Coulomb-Wechselwirkung zwischen Elektronen in einem Metall, d.h. die Abstoßung gleichnamig geladener Teilchen, hat bei tiefen Temperaturen einen erstaunlich geringen Einfluss auf die physikalische Beschreibung des Systems. Dies wird durch die Theorie der Fermiflüssigkeiten beschrieben. Die Beschreibung ändert sich, wenn Störungen im Kristall hinzukommen: dann wird die Elektronenbewegung diffusiv und es gibt einen qualitativ neuen quantenmechanischen Grundzustand.
    Der Erlanger Arbeitsgruppe am Lehrstuhl für Angewandte Physik gelang es nun, den Effekt der Elektron-Elektron-Wechselwirkung in Graphen (einer einzelnen Schicht des Kohlenstoff-Allotrops Graphit) zu beobachten. Dazu wurden die elektrischen Eigenschaften makroskopischer Proben aus epitaktischem Graphen bei Temperaturen von wenigen Kelvin in starken Magnetfeldern (etwa 10-20mal stärker als ein üblicher Permanentmagnet) untersucht. Im Magnetowiderstand, d.h. der Abhängigkeit des elektrischen Widerstands der Probe von der Temperatur und dem Magnetfeld, zeigt sich zwischen den bereits gut verstandenen Phänomenen der schwachen Lokalisierung und der Shubnikov-de Haas Oszillationen eine temperaturabhängige, parabolische Krümmung. Eine genaue Analyse dieses Effekts zeigt eine erstaunliche, parameterfreie Übereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen bei tiefen Temperaturen. Darüber hinaus können auch die Abweichungen von der Theorie, wie sie in höheren Magnetfeldern und bei höheren Temperaturen auftauchen, konsistent verstanden werden.
    Die Bedeutung dieser Experimente liegt in der parameterfreien Beschreibung dieses fundamentalen Effekts, der einen der wenigen identifizierten Wechselwirkungseffekte in Graphen darstellt. Weiterhin konnte eine Abgrenzung gegenüber anderen, ähnlichen Phänomenen sichergestellt werden, insbesondere gegenüber dem Kondo-Effekt, der mit einer magnetischen Wechselwirkung zwischen Elektronen zu erklären wäre.
    Link zur Originalpublikation: J. Jobst, D. Waldmann, I. Gornyi, A. Mirlin und Heiko B. Weber, Physical Review Letters 108, 106601 (2012); J. Jobst und Heiko B. Weber, Nature Physics 8, 352 (2012)
    Weitere Informationen: Prof. Dr. Heiko B. Weber, Lehrstuhl für Angewandte Physik

  • Oktober 2011

    Kundschafter im blauen Rauschen: Brownsche Bewegung unter eingehender Beobachtung
    Particle in trap Das leiseste Zittern genügt, um etwas mitzuteilen. Kleine Teilchen, die in einer Flüssigkeit gelöst sind, registrieren, was in ihrem Umfeld vor sich geht, und reagieren darauf. Ohne ausgetüftelte Messanordnung und ein hochpräzises Instrumentarium ist nicht zu entziffern, wie ihre Botschaft lautet, doch wenn es gelingt, warten erstaunliche Auskünfte auf die Dechiffrierexperten. Mit Hilfe einer Kombination aus theoretischem Unterbau und sehr diffizilen Experimenten konnten Physiker und Physikerinnen aus Erlangen, Lausanne und Basel erstmals beobachten, wie sich kleine Partikel in einem Lösungsmittels verhalten. Was sich dabei ergibt, wirkt zunächst fantastisch: Der Bewegung eines Teilchen kann eine Farbe zugeordnet werden.
    Thomas Franosch, Professor am Institut für Theoretische Physik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), stuft das Ergebnis sachlicher ein. "Damit hat sich eine Annahme bestätigt, die in Fachkreisen seit fünfzig Jahren gilt", erklärt der Erstautor der Studie zu diesem Thema, die am heutigen Donnerstag, 6. Oktober 2011, in der Fachzeitschrift Nature erscheint. "Bis jetzt war es allerdings nicht möglich, das Spektrum der Kräfte, die auf die Partikel wirken, direkt zu messen." Der Forschergruppe gelang dies, indem sie starke optische Fallen einsetzte, in denen ein einzelnes Teilchen festgehalten werden kann.
    Vollständige Pressemeldung
    Originalpublikation Nature 478, 85 (2011) und Kommentar, Ulrich F. Keyser: Statistical physics: Self-aware particles

  • Juni 2011

    Koordinationsstarke Pinguine: Penguin Huddling Dynamics
    Pinguine Kaiserpinguinen gelingt es, bei extremen Temperaturen und orkanartigen Stürmen im antarktischen Winter zu überleben, indem sie sich in dicht gepackten "Huddles" zusammenschließen. Doch wie gelangen die Pinguine am Rand eines solchen Huddles in dessen Mitte, um sich aufzuwärmen? Diplom-Physiker Daniel P. Zitterbart, Doktorand am Lehrstuhl für Physikalisch-Medizinische Technik unter Leitung von Prof. Dr. Ben Fabry an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) fand heraus, dass alle Pinguine innerhalb eines Huddles ihre Bewegungen genau koordinieren und sich in periodischen Wellen gemeinsam bewegen. So wird die Huddlestruktur ständig durchmischt und die kostbare Wärme gerecht verteilt. Die Ergebnisse wurden nun in der Zeitschrift PLoS ONE veröffentlicht (http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0020260).
    Die vollständige Pressemeldung auf der Homepage der Universität.
    Weitergehende Informationen auf der Homepage des Lehrstuhls für Physikalisch-Medizinische Technik.

  • April 2011

    DFG-Forschergruppe: Geometry and Physics of Spatial Random Systems (GPSRS)
    Logo GPSRS Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet eine neue Forschergruppe mit dem Titel "Geometry and Physics of Spatial Random Systems" (GPSRS) ein, die eine Brücke zwischen Mathematik und Physik schlagen soll. Die Weiterentwicklung von Methoden und Modellen der räumlichen Stochastik und der Integralgeometrie soll helfen, komplex strukturierte Materialien wie Schäume, Granulate oder Flüssigkristalle besser zu verstehen. Beteiligt sind zu gleichen Teilen theoretische Physiker von der Erlanger Universität (Klaus Mecke, GerdöSchröder-Turk) und Mathematiker vom Karlsruher Institut für Technologie (Sprecher Günter Last), die vom dänischen Exzellenzzentrum für 'Stochastische Geometrie und Bioimaging' in Aarhus (Direktorin Eva Vedel Jensen) unterstützt werden. In der ersten Förderperiode erhält die Forschergruppe über drei Jahre hinweg insgesamt gut 1,5 Millionen Euro, die zur Hälfte für Projekte in Erlangen vorgesehen sind.
    Die Aufgabe der Statistischen Physik in Erlangen ist dabei, die Herleitung von grundlegenden Beziehungen zwischen geometrischen und physikalischen Eigenschaften von kondensierter Materie, die Antwort auf folgende technologisch wichtige aber ungelöste Fragen geben könnte: Warum lassen sich elliösenförmige Körner dichter packen als kugelförmige? Welche Form hat eine typische Zelle in einem Schaum? Wie kann man den Transport durcö poröse Materialien durch die Form und Ausrichtung der Poren kontrollieren? Helfen sollen dabei Methoden der Feldtheorie, der Dichtefunktionaltheorie und der Perkolationstheorie.

  • Oktober 2010

    Didaktik: So also tickt die Sonne - Ein Sonnenuhrengarten für die Realschule Höchstadt
    Foto Sonnenuhr Neun Sonnenuhren hat die Lehramtsstudentin Katharina Renner in den letzten Monaten zusammen mit 45 Fünft- und Sechstklässlern der Höchstadter Realschule entworfen und schließlich auch angefertigt.
    Eine der insgesamt drei Forschergruppen beispielsweise war zuständig für die Zylinder-Version unter den Sonnenuhren: Auf einem umgestalteten Abflussrohr thront ein Blumentopf, an dessen Rand ist ein Knauf befestigt, der den nötigen Schatten wirft. Diese Zylinder-Zeitmesser gibt es in drei Versionen, von denen jede ein bisschen anders tickt: je ein Zylinder für Sommer-, Winter- und Ortszeit.
    Die zweite Forschergruppe hat horizontale, die dritte so genannte polare Sonnenuhren gebaut. Selbstverständlich gibt es auch diese beiden Typen jeweils in drei Versionen! Die Schüler haben auf sehr anschauliche Weise erfahren, wie die natürlichen Zeitmesser funktionieren.
    Für die angehende Realschullehrerin Katharina Renner bilden die Entwicklung und der Bau der Sonnenuhren den praktischen Teil ihrer Zulassungsarbeit, die sie im Fachbereich Physikdidaktik an der FAU unter Anleitung von Frau Dr. Angela Fösel geschrieben hat.
    Zeitungsartikel Nordbayrische Nachrichten vom 30.10.2010(externer Link)

  • August 2010

    Glasübergang in eingeschränkter Geometrie
    Graphik Modell Der Glasübergang dichter Flüssigkeiten ist durch ein äußerst komplexes dynamisches Verhalten gekennzeichnet. Beispielsweise erhöht sich in der Umgebung des Glasübergangs die Viskosität bei geringer Veränderung der Temperatur oder Dichte um Größenordungen, bis es schließlich sogar zum vollständigen Stillstand jeglichen Fließverhaltens kommt.
    Ein kohärentes Bild für diese Vorgänge konnte im Rahmen der Modenkopplungstheorie entwickelt werden, welche über die letzten 20 Jahre erfolgreich getestet wurde. Einer Kollaboration der Universität Mainz und Erlangen ist es nun gelungen, diese Theorie auch auf den Fall einer zwischen zwei Wänden eingeschränkten Flüssigkeit zu erweitern. Für das wichtige Modell dicht gepackter harter Kugeln konnte der Glasübergangspunkt als Funktion des Plattenabstands berechnet werden. Als nichttriviale Vorhersage ergibt sich, dass der Übergangspunkt vom flüssigen Zustand zum Glas kein monotones Verhalten aufweist, sondern vielmehr mit dem Plattenabstand oszilliert. Folglich kann man ein überraschendes Re-entry Phänomen beobachten, nämlich dass durch Veringerung des Plattenabstands das Glas auch wieder in eine flüssige Phase gelangen kann. Ein ähnliches oszillatorisches Verhalten der Diffusionskonstante wurde bereits in Computersimulationen für moderat dichte Systeme beobachtet. Als mikroskopische Ursache für derarte Phänomene wurde das Anordnen der Partikel in kommensurablen Randschichten identifiziert. Die Theorie ist auf Mischungen erweiterbar und ermöglicht Vorhersagen für das interessante Wechselspiel zwischen dem Packungsverhalten nahe der Wände und der Nahordnung der verschiedenen Partikelsorten.

    Link zur Originalpublikation: Physical Review Letters 105, 125701 (2010)
    Weitere Informationen: Prof. Dr. Th. Franosch, Theoretische Physik 1

  • November 2009

    PD Dr. Thomas Seyller erhät Walter-Schottky-Preis 2010 der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
    Dr. Seyller PD Dr. Thomas Seyller wird mit dem Walter-Schottky-Preis für Festkörperforschung ausgezeichnet. Dr. Seyller ist z.Zt. Lehrstuhlvertreter am Lehrstuhl für Technische Physik (ehem. Prof. Dr. Lothar Ley) im Institut für Physik der Kondensierten Materie. Der Walter-Schottky-Preis ist der prestigeträchtigste Preis, den die Deutschen Physikalische Gesellschaft jährlich an einen jungen Festkörperphysiker vergibt.
    Dr. Seyller wird ausgezeichnet "für seinen bedeutenden Beitrag zur Physik des Wachstums von Graphen, insbesondere zur Graphen-Synthese auf Siliziumkarbid". Der Walter-Schottky-Preis ist verbunden mit einem Preisgeld von 15.000 EUR das von der Siemens AG bereitgestellt wird. Graphen (Betonung auf der zweiten Silbe) besteht aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Netzwerk so angeordnet sind, daß sie den ersten wahrhaft zweidimensionalen Festkörper bilden. Graphen begründet damit eine neue Klasse von Materialien. Seine Entdeckung im Jahre 1994 hat zu weltweiten Forschungsaktivitäten geführt, die nur mit denen anläßlich der Entdeckung der Hochtemperatursupraleiter vergleichbar sind. Die Begeisterung der Wissenschaftler für dieses neue Material nährt sich aus den für einen Festkörper völlig neuen elektronischen, optischen und magnetischen Eigenschaften des Graphens. Ursache dafür ist die lineare Dispersionsrelation E(k) der Elektronen nahe des K-Punktes der hexagonalen Brillouinzone, an dem sich das bindende p-Band mit dem antibindenden p*-Band berührt. Dies führt zu einer doppel-kegelförmigen Bandstruktur. Formal entspricht dies der Dispersionsrelation ruhemasseloser Teilchen. Zusätzlich erzwingt die spezielle Symmetrie des Graphengitters mit einer zweiatomigen Basis eine zweikomponentige Wellenfunktion, wie man sie von der relativistischen Quantenmechanik her kennt. Zur Beschreibung der Ladungsträger und ihres Verhaltens muss man die Dirac-Gleichung für masselose Fermionen heranziehen. Eine Konsequenz davon ist z.B. das ungewöhnliche Landauniveau-Spektrum von Graphen, das zu einem neuen halbzahligen Quantenhalleffekt (QHE) führt. Weitere interessante Auswirkungen auf Streu- und Interferenzverhalten von Ladungsträgern (Stichwort Klein-Paradox) wurden vorhergesagt.
    Diese revolutionären Eigenschaften stellen für den Forscher ein faszinierendes Labor neuer Physik dar, das es zu ergründen gilt; sie bergen aber auch ein ungeahntes Potential für Anwendungen, die von neuartigen Halbleiterbauelementen über chemische und biologische Sensoren bis zu Quanten-Computern reichen. Die wesentliche Voraussetzung für die Realisation des Potentials von Graphen ist allerdings eine reproduzierbare, homogene und großflächige Synthese der monoatomaren, geordneten Kohlenstoffschichten, die Graphen ausmachen. Hier liegt der bedeutende Beitrag von Herrn Dr. Seyller, der ein Verfahren entwickelt hat, mit dem Graphen in höchster Qualität und mit den Standardmethoden der Halbleitertechnik auf Siliziumkarbidsubstraten synthetisiert werden kann. In einem Kommentar zu der Seyllerschen Methode in der angesehenen Zeitschrift Nature heißt es sinngemäß, daß dieses Verfahren als ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer Graphen-basierten Elektronik für die post-Silizium ära angesehen werden muß. Wie zur Bestätigung wurden im Forschungslabor der amerikanischen Navy bereits erste 3 Zoll Wafer mit Graphentransistoren nach der Seyllerschen Methode hergestellt.
    Herr Dr. Seyller hat am Lehrstuhl für Technische Physik bei Herrn Prof. Dr. Ley sein Diplom gemacht und bei Herrn Prof. Dr. Wedler (Physikalische Chemie) promoviert. Nach einem zweijährigen Aufenthalt in den USA kehrte er an den Lehrstuhl für Technische Physik als Assistent zurück und habilitierte sich im Jahre 2006 für das Fach Physik. Der schnelle und erfolgreiche Einstieg in die Graphenforschung gelang ihm weil er sich im Rahmen der von der DFG geförderten Forschergruppe 476 "Siliziumkarbid als Halbleitermaterial" (Sprecher Prof. Dr. Lothar Ley) bereits intensiv mit den Oberflächeneigenschaften des Siliziumkarbids und hier insbesondere mit der Bildung von Graphitausscheidungen beschäftigt hatte. So konnte er bereits ein Jahr nach der Entdeckung des Graphens die ersten Arbeiten auf diesem Gebiet veröffentlichen und seine Synthesemethode entwickeln.

  • Juni 2009

    Prof. Sir John B. Pendry ist Ehrendoktor unserer Fakultät
    Bild Verleihung Der international bekannte britische Wissenschaftler Professor Sir John B. Pendry, PhD vom Imperial College in London (Bild mitte) wurde von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg mit der Ehrendoktorwürde (Dr. rer. nat. h.c.) ausgezeichnet. Die Ehrung erfolgte in Würdigung seiner herausragenden Verdienste um das Verständnis der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Oberflächen sowie der Physik des Lichts in optischen Metamaterialien. Hinsichtlich beider Gebiete ist Sir John eng mit der Universität und dem hiesigen Max-Planck-Institut verbunden. Die Ehrendoktorurkunde wurde von Dekan Prof. Dr. F. Duzaar und Vizepräsident Prof. Dr. H.-P. Steinrück überreicht. Die Laudatio hielt Prof. Dr. K. Heinz vom Lehrstuhl für Festkörperphysik.
    Im Anschluss referierte Professor Sir John Pendry über "Metamaterials Open New Horizons in Electromagnetism", wobei er über seine aufregenden Ergebnisse zu den Möglichkeiten der Konstruktion einer fehlerfreien Linse und einer Tarnkappe mit Hilfe aus Nanostrukturen hergestellter Metamaterialien berichtete.

  • Mai 2009

    DFG Schwerpunktprogramm zum Thema "Graphen"
    Bild Graphen Ein unter Federführung von PD Dr. Thomas Seyller, Lehrstuhl für Technische Physik, gestellter Antrag auf Einrichtung eines Schwerpunktprogramms Graphene ist von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) positiv beurteilt worden. Das SPP Graphene ist somit einer von zwei neuen Schwerpunktprogrammen aus dem Bereich Materialwissenschaften. Insgesamt wurde die Einrichtung von 18 von 61 vorgeschlagenen Schwerpunktprogrammen beschlossen.
    Graphen (Engl.: graphene) ist eine einzelne Lage von Kohlenstoffatomen und stellt den ersten wirklich zweidimensionalen Kristall dar. Im Vergleich zu anderen Kristallen hat Graphen aßßergewöhnlichen Eigenschaften von denen erwartet wird, dass sie zu neuen Entwicklungen in der Mikro- und Nanoelektronik, Sensorik und Displaytechnologie führen werden. Darüber hinaus schlägt Graphen eine Brücke zwischen Festkörperphysik und relativistischer Quantenphysik. Das SPP Graphene wird in den nächsten sechs Jahren zur Erforschung der Eigenschaften dieses Materials, seiner gezielten Herstellung, und seiner Anwendung beitragen.
    DFG Schwerpunktprogramme zeichnen sich dadurch aus, dass sie vorhandene Kompetenzen zu aktuellen Forschungsgebieten vernetzen. Die erste Förderperiode des SPP Graphen beginnt 2010 und dauert drei Jahre bei einem Fördervolumen von 7 Millionen Euro. Die Ausschreibung erfolgt in Kürze durch die DFG. Förderanträge werden in einem strengen Auswahlverfahren auf ihre Qualität geprüft und müssen einen substantiellen Beitrag zum Thema liefern.
    Nähere Informationen zum Thema "Graphen" www.graphene.nat.uni-erlangen.de.

  • März 2009

    Auf der Schleuderbahn aus der Galaxis
    Stern im galaktischen Halo Der gewaltigen Anziehungskraft einer Galaxis kann ein Stern normalerweise nicht entkommen. Um so überraschender war 2005 die Entdeckung von gleich drei sogenannten Hyperschnellläufern. Nur das extrem massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstrßße schien den Fachleuten als Energielieferant in Frage zö kommeö. Schwarze Löcher können nämlich nicht nur Materie unwiderruflich an sich binden, sondern auch stark von sich weg schleudern. Nun hat eine Gruppe von Astronomen unter Leitung von Prof. Dr. Ulrich Heber, Dr. Norbert Przybilla (beide Astronomisches Institut) und Dr. Fernanda Nieva (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching) am Rand der Milchstrßße ein Objekt entdeckt, für das diese Annahme nicht zutrifft. Der Stern, der unaufhaltsam auf den intergalaktischen Raum zusteuert, ist stattdessen der verbliebene Partner eines Doppelsternsystems, das durch eine Explosion zerrissen wurde.
    Der Stern war dem Forscherteam bei der Analyse von Daten des 2.2m Teleskops der Europäischen Südsternwarte (ESO) aufgefallen. HD 271791 ist elfmal so schwer wie die Sonne und rast mit 2,2 Millionen Kilometer pro Stunde durchs All. Das reiht ihn unter die Hyperschnellläufer ein. Aber dieser Stern ist anders als seine superschnellen Kameraden. Die Berechnung seiner Flugbahn zeigte, dass das vier Millionen Sonnenmassen schwere Schwarze Loch im Zentrum der Milchstrasse nicht sein Ausgangsort gewesen sein kann. "Ganz im Gegenteil", erläutert Prof. Heber, "der Stern muss aus den äßßeren Regionen der galaktischen Scheibe stammen, wo es überhaupt keine massöreichen Schwarzen Löcher gibt." Vollständige Pressemeldung

  • Februar 2009

    Dichtefunktionaltheorie beschreibt nematische Flüssigkristalle
    Phasendiagramm Fluessigkristalle Stäbchenförmige Moleküle können sich in einer Flüssigkeit spontan ausrichten und einen 'Flüssigkristall' bilden, wenn ihre Dichte einen kritischen Wert übersteigt. Auch bei biologischen Viren oder in Suspensionen von stäbchenförmigen Nanoteilchen kann man eine solche kollektive Ordnung beobachten, die man 'nematisch' nennt und technisch z.B. in Flüssigkristallanzeigen (LCDs) nutzt. Hendrik Hansen-Goos hat nun in seiner Doktorarbeit eine Dichtefunktionaltheorie für Flüssigkeiten mit stäbchenförmigen Teilchen entwickelt, die erstmals in der Lage ist, die Phasengrenze (rote Linie) zwischen isotroper Orientierung und nematischer Ausrichtung der Teilchen quantitativ korrekt und in Übereinstimmung mit Simulationen (Punkte) zu berechnen.
    Dass Ordnung spontan aus Unordnung entstehen kann, erklärte bereits 1949 Lars Onsager durch die höhere Entropie der nematischen Ausrichtung verglichen mit einer isotropen Verteilung der Teilchen. 1989 stellte Y. Rosenfeld eine Dichtefunktionaltheorie vor, die die Eigenschaften inhomogener Flüssigkeiten von harten Kugeln quantitativ genau erklären kann. Eine Erweiterung der Theorie für nicht-sphärische Teilchen war jedoch nicht in der Lage nematische Phasen zu beschreiben. Dies ist nun basierend auf integralgeometrischen Methoden gelungen und beschrieben in der Veröffentlichung Hendrik Hansen-Goos und Klaus Mecke, 'Fundamental Measure Theory for Inhomogeneous Fluids of Nonspherical Hard Particles', Physical Review Letters 102, 018302 (2009).

  • Dezember 2008

    3D Kollagen-Strukturanalyse für die Tumorforschung
    Collagen Netzwerk Tumore müssen sich zur Metastasenbildung durch ein Geflecht von Kollagenfasern der extrazellulären Matrix zwängen. Um diesen Vorgang quantitativ zu verstehen, ist die Kenntnis der Porengröße und anderer morphologischer Eigenschaften des Kollagennetzwerkes notwendig. Biophysiker und Theoretische Physiker an der Universität Erlangen haben in Zusammenarbeit mit der Harvard University und der Australian National University ein Verfahren zur morphologischen Analyse konfokaler 3-D Datensätze entwickelt, um diese für die Tumorforschung wichtigen Kollageneigenschaften zu bestimmen. Für die Ergebnisse haben die Diplomanden Walter Mickel und Stefan Münster den diesjährigen Ohmpreis erhalten. Die Arbeit ist in der Dezember-Ausgabe des Biophysical Journals (Vol 95, Seiten 6072-80, 2008) veröffentlicht. Nähere Informationen erhältlich bei Dr. G.E. Schröder-Turk, Lehrstuhl für Statistische Physik.

  • Oktober 2008

    Preisträger im diesjährigen "Innovationswettbewerb Medizintechnik" des BMBF : Phasenkontrast-Röntgenbildgebung
    Simulation Wellenfeld nach PhasengitterDas Projekt "Phasenkontrast-Röntgenbildgebung", an dem Forscher der Universität Erlangen (Koordinatorin Prof. Dr. G. Anton), des Forschungszentrum Karlsruhe sowie Siemens Healthcare beteiligt sind, war in diesem Jahr unter den Gewinnern des "Innovationswettbewerb Medizintechnik" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Die Phasenkontrast-Röntgenbildgebung nutzt in einem Computertomographie-Verfahren die Tatsache, dass vörschiedene Gewebe Röntgenstrahlen unterschiedlich stark brechen. Mit der Phasenkontrast-Röntgenbildgebung können Weichteile beim Röntgen zukünftig kontrastreicher dargestellt werden. Das Bild links zeigt die Simulation der Propagation des Wellenfeldes hinter einem Phasengitter bei x=0. Die neue Technik soll dabei helfen, Tumore und andere Gewebeveränderungen frühzeitiger aufzuspüren. Durch die bessere Bildqualität kann zudem die Strahlungsbelastung der Patienten verringert werden.

  • September 2008

    HESS J0632+057: Ein neues Gammastrahlungs-Binärsystem in unserer Milchstrasse?
    Julia Brucker, eine Doktorandin der Erlanger H.E.S.S.-Gruppe, hat zusammen mit einem Team von Astronomen, ein neues astronomisches Binärsystem, also ein System aus zwei sich umkreisenden Sternen oder einem Stern und einem Sternenrest, entdeckt. Das Binärsystem ist wahrscheinlich mit der unidentifizierten Gammastrahlungsquelle HESS J0632+057 assoziiert. Damit erhöht sich die Anzahl der bekannten Binärsysteme im Gammastrahlungsbereich von drei auf vier.
    Die Natur der punktförmigen Gammastrahlungsquelle HESS J0632+057 (weißes Kreuz auf dem Bild) war bislang unbekannt. Nachfolgebeobachtungen mit dem XMM-Newton Röntgensatellit durchgeführt zeigten eine Röntgenquelle (siehe Bild) an der gleichen Position wie HESS J0632+057 und der des massiven Sterns MWC148, einem Stern der Spektralklasse B0pe. Die wahrscheinlichste Erklärung für die Gammastrahlungs- und Röntgenemission aus Richtung des Sterns ist, das es sich dabei um einen Partner eines Binärsystems handelt, wobei der andere Partner ein nicht sichtbarer kompakter Neutronenstern oder ein schwarzes Loch ist. Wechselwirkungen der beiden Partner miteinander können zur Emission von Gamma- und Röntgenstrahlung führen. Weitere Informationen über diese Entdeckung finden sie in der Veröffentlichung, die beim Astrophysical Journal eingereicht wurde und in einem Vordruck unter http://arxiv.org/abs/0809.0584.

  • Juli 2008

    Strukturwandel von Kobaltoxid auf der Nanometerskala
    Struktur CoO Ultradünne Metalloxidfilme sind momentan Gegenstand intensiver Forschung im Bereich der Oberflächenphysik, da sie z.B. besondere katalytische oder magnetische Eigenschaften aufweisen. Im Rahmen zweier Diplomarbeiten in der Arbeitsgruppe von Prof. Heinz (Experiment: Kerstin Biedermann; Theorie: Daniela Hock) konnte kürzlich gezeigt werden, dass in [111] Richtung gewachsene Kobaltoxidfilme an der Oberfläche eine vollständig andere Kristallstruktur annehmen (hexagonales Wurtzit anstelle kubischer Kochsalzstruktur). Die dünnen Filme wurden auf einem Ir(100) Kristall gewachsen und experimentell mit LEED (Elektronenbeugung) und begleitender theoretischer Beschreibung analysiert. Am Erfolg der Arbeit waren auch maßgeblich die betreuenden Doktoranden Matthias Gubo und Wolfgang Meyer beteiligt. Der dünne Kobaltoxidfilm hat durch den Wechsel im Kristallaufbau auf der Nanometerskala unterschiedliche Eigenschaften. So wird wohl als Folge dieses Strukturwechsels die Oberfläche des antiferromagnetischen Weitband-Halbleiters metallisch leitend, was für die technologische Einsatzfähigkeit nanoskaliger Kobaltoxidfilme von großer Bedeutung sein könnte.
    Veröffentlicht unter:
    W. Meyer, D. Hock, K. Biedermann, M. Gubo, S. Müller, L. Hammer, and K. Heinz, Phys. Rev. Letters 101 (2008) 016103, "Coexistence of rocksalt and wurtzite structure in nanosized CoO films"