„Professor Laurens Molenkamp hat wesentliche Beiträge auf dem Gebiet der experimentellen Spintronik geleistet. Zu seinen Leistungen zählen bahnbrechende Methoden bei der Entwicklung und der Manipulation spinpolarisierter ladungsträgergebundener Zustände in Halbleitern. Darüber hinaus hat Molenkamp den Quanten-Spin-Hall-Effekt experimentell bestätigt und damit die Entwicklung topologischer Isolatoren vorangetrieben.“

Mit dieser Begründung hat jetzt die König-Faisal-Stiftung den König-Faisal-Preis in der Sparte „Wissenschaft“ an Professor Laurens Molenkamp verliehen. Der Preis ist mit 200.000 Dollar dotiert; Molenkamp teilt sich die Auszeichnung mit dem Schweizer Physiker und Professor für theoretische Festkörperphysik an der Universität Basel, Daniel Loss.

Stichwort „Spintronik“

Im Mittelpunkt der Spintronik stehen der Transport und die Manipulation von Elektronen mit einer bestimmten Spinausrichtung in Halbleitern. Die möglichen Anwendungen reichen von neuen Bauelementen wie Transistoren über Speicherzellen bis zu Quantencomputern.

Laurens Molenkamp gilt als einer der Väter der Halbleiter-Spintronik. 1999 war er der weltweit der erste Forscher, der die Möglichkeit elektrischer Spininjektion in Halbleitern nachgewiesen hat. Damit wurde das Fachgebiet der Spintronik überhaupt erst experimentell zugänglich.

2007 gelang ihm dann die erstmalige Realisierung von topologischen Isolatoren, Materialien die im Inneren isolierend und an der Oberfläche spinpolarisiert metallisch leitend sind. Seitdem wird über diese neuartige Materialklasse intensiv geforscht, denn sie dürfte für weitere Fortschritte in der Spintronik wesentlich sein: Mit topologischen Isolatoren sollten sich in der Zukunft neuartige Computerchips, basierend auf quantenmechanischen Prinzipien, realisieren lassen.

Mehrfach ausgezeichneter Physiker

Für seine Spitzenforschung über topologische Isolatoren hat Molenkamp mehrere international renommierte Preise erhalten, darunter den Europhysics Prize 2010, den Oliver-Buckley-Preis der American Physical Society 2012, den Physics Frontiers Prize 2013, den Leibniz-Preis 2014 sowie, zuletzt, die höchste Auszeichnung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, die Stern-Gerlach-Medaille, die im kommenden März verliehen wird.

Der König-Faisal-Preis

Der König-Faisal-Preis (King Faisal International Prize) wurde 1979 von der König-Faisal-Stiftung ins Leben gerufen. Er zeichnet alljährlich herausragende Leistungen in fünf Hauptsparten aus: Verdienste um den Islam, Islamwissenschaft, arabische Sprache und Literatur, Medizin und Wissenschaft. Sein Name geht zurück auf König Faisal ibn Abd al-Aziz von Saudi-Arabien, den Sohn des Staatsgründers. Er wird in einer feierlichen Zeremonie in Riad vom König von Saudi-Arabien verliehen.

Die Auswahl der Preisträger erfolge „in einem strengen Verfahren nach internationalen Standards“, so die Stiftung. Dies bestätige auch die Tatsache, dass viele Träger des König-Faisal-Preises später mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Quelle: Universität Würzburg

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Dank ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei geringem Gewicht gewinnen Kohlenstofffasern als Hochleistungswerkstoffe immer mehr an Bedeutung. Deren Masseneinsatz wird zukünftig weltweit alle Leichtbausegmente des Automobil-, Energie- und Luftverkehrsmarktes beeinflussen – vor allem mit Blick auf die Umwelt- und Klimaschutzpolitik. Kohlenstofffasern können dank ihrer Leichtbaueigenschaften, neuen Konstruktionsfreiräumen und Möglichkeiten zur Funktionsintegration einen wesentlichen Beitrag zur Ressourceneffizienz leisten. Diesen positiven Eigenschaften steht allerdings bisher eine ressourcen- und kostenintensive Herstellung gegenüber. Um eine wirtschaftliche und stabile Prozesskette – insbesondere in den verfahrenstechnologischen Schritten der Stabilisierung und Carbonisierung – zu erreichen, besteht hoher Forschungsbedarf.

Um möglichst viele komplexe Fragestellungen auf diesem Gebiet wissenschaftlich zu klären, wurde am 21. März 2016 am Institut für Strukturleichtbau der Technischen Universität Chemnitz die Stiftungsprofessur „Hochleistungsfasern und Verarbeitung“ für die Dauer von sechs Jahren eingerichtet. Als Stifter, die entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom „Molekül zum Bauteil“ aufgestellt sind, engagieren sich die DowAksa Switzerland GmbH mit Sitz in Horgen/Schweiz, die Dow Deutschland Inc. mit Sitz in Schwalbach und die P-D FibreGlass aus Oschatz. Die Stifter tragen gemeinsam die Kosten der Stiftungsprofessur inklusive einer Grundausstattung. Die TU Chemnitz sorgt für die Infrastruktur.

An der Stiftungsprofessur „Hochleistungsfasern und Verarbeitung“ sollen künftig Maschinenbauingenieure, Verfahrenstechniker, Chemiker und Physiker interdisziplinär forschen. Neue technologische Erkenntnisse werden schnell in die universitäre Lehre eingebunden – insbesondere in den Masterstudiengängen Leichtbau sowie Merge Technologies for Resource Efficency. Prof. Dr. Lothar Kroll, Dekan der Fakultät Maschinenbau und Direktor des Instituts für Strukturleichtbau, betont: „Dieses Zusammenwirken von Wissenschaft und Praxis, flankiert von einer hochmodernen technischen Ausstattung zur Herstellung von Kohlenstoffasern, wird bald für die Technische Universität Chemnitz ein Alleinstellungsmerkmal mit Leuchtturm-Charakter in Europa darstellen.“ So soll laut Aussage von Kroll gemeinsam mit der CarboSax GmbH eine Pilotanlage zur Carbonfaserherstellung in Chemnitz aufgebaut werden. „Die neue Stiftungsprofessur will auch mit der German Australian Cooperation Initiative zusammenarbeiten, deren umfangreiches Know-how auf dem Gebiet der Herstellung von Kohlenstofffasern in die Chemnitzer Forschungsarbeiten einfließen soll“, sagt der Dekan.

Weitere Informationen erteilt Prof. Dr. Lothar Kroll, Telefon 0371531-35706, E-Mail lothar.kroll@mb.tu-chemnitz.de

Quelle: Technische Universität Chemnitz

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Mit einem Ehrenkolloquium am 23. Juni 2015 haben die physikalischen Institute der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und das Max-Planck-Institut für Polymerforschung zusammen mit zahlreichen Gästen den bevorstehenden 100. Geburtstag von Prof. Dr. Gerhard Klages gefeiert. Klages war fast 30 Jahre als Professor am Institut für Physik der JGU und Experte für Mikrowellenphysik tätig. Er hat sich in dieser Zeit insbesondere große Verdienste um die Entwicklung der Dielektrischen Spektroskopie erworben und wurde anlässlich des Ehrenkolloquiums als engagierter und überaus geschätzten Lehrer und Kollege gewürdigt.

Gerhard Klages, geboren am 11. September 1915 in Holzminden, gehörte der JGU nahezu seit ihrer Wiedergründung 1946 an. Nach einem Studium in Freiburg und Berlin und der Promotion in Berlin bei Max von Laue wurde er 1947 Hochschuldozent, habilitierte sich für das Fachgebiet Experimentalphysik und wurde Professor am Institut für Physik der Mainzer Universität, der er bis zu seiner Pensionierung im Jahre 1980 angehörte.

Klages Arbeitsgebiet als Experimentalphysiker lag im Grenzgebiet zur physikalischen Chemie und umfasste Experimente mit elektrischen Wechselfeldern hoher Frequenz, um die Struktur von Molekülen aufzuklären. Dazu sind Messungen über einen sehr breiten Bereich hoher Frequenzen erforderlich, der insbesondere auch die Mikrowellen umfasst. Klages entwickelte mit seiner Arbeitsgruppe in Mainz Apparaturen für immer kürzere Wellenlängen und konnte Mitte der 1960er Jahre bei Wellenlängen von einigen Millimetern und schließlich sogar im Submillimeterbereich Messungen vornehmen. Wie Prof. Dr. Manfred Stockhausen von der Universität Münster, ein ehemaliger Schüler von Klages, bei dem Kolloquium dazu ausführte, begründete Klages mit seinen Entwicklungen eines der führenden Laboratorien für die Forschung auf dem Gebiet, das heute „Dielektrische Spektroskopie“ genannt wird.

Sein besonderes Interesse widmete Klages molekularen Flüssigkeiten. Mittels der Dielektrischen Spektroskopie konnte er nicht nur Informationen über die Struktur und die innere Beweglichkeit von Molekülen bekommen, die man in verdünnten Lösungen – sozusagen einzeln, von ihresgleichen getrennt – untersuchte, sondern auch über zwischenmolekulare Strukturen und Bewegungsvorgänge in reinen Flüssigkeiten, in denen die beobachteten Moleküle untereinander in enger Wechselwirkung stehen.

Zahlreichen Lehramtskandidaten, Diplomanden und Doktoranden konnte Klages den Blick für das Wesentliche eines physikalischen Problems vermitteln. Er war als ausgezeichneter Lehrer geschätzt, der lebendige und einprägsame Lehrveranstaltungen abhielt. Klages schrieb eine „Einführung in die Mikrowellenphysik“ und führte das „Kurze Lehrbuch der Physik“ von Stuart fort, das sich als „Stuart-Klages“ großer Beliebtheit bei Nebenfachstudierenden erfreut. Auch als „Ruheständler“ blieb der Physiker aktiv und veröffentlichte noch Arbeiten zu molekülphysikalischen Fragen.

Quelle: Universität Mainz

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Mit dem Startschuss für die Herstellung zweier supraleitender Beschleunigermodule für den zukünftigen Elektronenbeschleuniger MESA („Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator“) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) geht das Projekt MESA in die nächste Phase. MESA basiert auf einem einzigartigen Konzept, das vorsieht, einen Teil der Energie, die zur Beschleunigung des Elektronenstrahls benötigt wird, zurückzugewinnen. „Dadurch lassen sich die Betriebskosten von MESA deutlich reduzieren“, meint Professor Kurt Aulenbacher, der Leiter des Projektteams. MESA ist das zentrale Instrument für die Durchführung mehrerer Schlüsselexperimente am Exzellenzcluster PRISMA („Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter“). Dazu gehören die genaue Vermessung des Protonradius und die Suche nach den sogenannten dunklen Photonen, die das Rätsel der dunklen Materie erklären könnten.

Erstmals traf sich Ende Mai das komplette Projektteam zur Herstellung der supraleitenden Beschleunigermodule, bestehend aus Ingenieuren, Physikern und Fertigungsspezialisten des Instituts für Kernphysik sowie der Herstellerfirma Research Instruments, vor Ort, um technische Details und Zeitpläne für die Fertigung der knapp vier Meter langen Module festzulegen. Beschleunigermodule sind hochkomplexe technische Bestandteile moderner Linearbeschleuniger, um Elementarteilchen – im Falle von MESA sind es Elektronen – durch die Anwendung elektromagnetischer Wechselfelder auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die MESA-Module sind supraleitend und müssen daher bei einer Temperatur von minus 271,3 Grad Celsius, nahe dem absoluten Nullpunkt, betrieben werden. Sie bestehen aus einem thermischen Isoliersystem (Kryostat) mit eingebauten supraleitenden Hohlraumresonatoren, sogenannten Kavitäten. Die Kavitäten selbst bestehen aus Niob, einem bei sehr niedrigen Temperaturen supraleitenden Metall.

Um die benötigte Betriebstemperatur von minus 271,3 Grad Celsius zu garantieren, werden die Kavitäten in einem mit flüssigem Helium umspülten Tank eingeschweißt. Die mit dem Heliumtank umschlossenen Kavitäten wiederum sind von einem weiteren Tank umhüllt, vergleichbar mit einer Thermoskanne. Zusätzlich befindet sich ein mit flüssigem Stickstoff durchflossenes Rohrsystem zwischen Helium- und Außentank als zusätzliche Isolierung.

MESA ist der weltweit erste supraleitende, energierückgewinnende Beschleuniger, der für Forschungszwecke eingesetzt werden wird. „MESA bietet mit seiner hohen Strahlintensität und -qualität einzigartige Voraussetzungen für ein zukunftsweisendes Experimentierprogramm zur Erforschung und Überprüfung der Grenzen der heute bekannten Phänomene in der Elementarteilchenphysik, eines der zentralen Forschungsziele von PRISMA“, sagt Professor Hartmut Wittig, Sprecher des Exzellenzclusters, aus dessen Mitteln die Entwicklung und der Bau von MESA finanziert wird.

Die an PRISMA beteiligten Forscherinnen und Forscher an der Johannes Gutenberg-Universität fiebern der geplanten Inbetriebnahme des Beschleunigers in 2017 entgegen, da MESA hinsichtlich einer zweiten Förderperiode des Exzellenzclusters eine maßgeblich Rolle spielen wird.

Quelle: Universität Mainz

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