Monopol-Antimonopol-Struktur (orange) in einem künstlichen Spin-Eis-Gitter
aus magnetischen Bausteinen (blau).
(Download: http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Meldungen/PGI/PGI-6/DE/2013/2013-04-23_Spin_Ice.html)
Bildquelle: S. Gliga / Argonne National Laboratory
Hochbegabungspresse
Spurensuche im Spin-Eis
Neues DFG-Schwerpunktprogramm zu
„Mikroschwimmern“
Wundheilung: eine Frage der
Selbstorganisation
DKK-Klima-Frühstück
zu Luftqualität
Erfolgreiche russische Partner
Termine
Netz
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.
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),
Informationen zum Peter Grünberg Institut,
Bereich Magnetische Eigenschaften (PGI-6):
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.
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
Informationen zum 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:
Informationen zum Institut für Energie- und
Klimaforschung, Bereich Troposphäre (IEK-8):
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.
Informationen zum 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 Forschungszentrum
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:
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:
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:
Pressekontakt:
Erhard Zeiss, Tel. 02461 61-1841, e.zeiss@fz-juelich.de
Erhard Zeiss, Tel. 02461 61-1841, e.zeiss@fz-juelich.de
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Forschungszentrum Juelich GmbH
52425 Juelich
Sitz der Gesellschaft: Juelich
Eingetragen im Handelsregister des Amtsgerichts Dueren Nr. HR B 3498
Vorsitzender des Aufsichtsrats: MinDir Dr. Karl Eugen Huthmacher
Geschaeftsfuehrung: Prof. Dr. Achim Bachem (Vorsitzender),
Karsten Beneke (stellv. Vorsitzender), Prof. Dr.-Ing. Harald Bolt,
Prof. Dr. Sebastian M. Schmidt
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