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Laser lösen Nano-Erdbeben aus

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Einer der geförderten Wissenschaftler ist jetzt der Experimentalphysiker Prof. Manfred Bayer von der TU Dortmund. Mit 1,5 Millionen Euro ermöglicht ihm die DFG Forschungen auf dem Gebiet der ultraschnellen Akustik.

Bei der neuen Methode der ultraschnellen Akustik wird ein dünner Metallfilm mit einem hochintensiven Laserpuls beschossen. Als Reaktion führt der Film eine "Atembewegung" aus: Er dehnt sich kurz aus und zieht sich dann zusammen. Was sich zuerst banal anhört, wird dadurch interessant, dass diese Bewegung auf einer Zeitskala von einigen Billionstel Sekunden (Pikosekunden) abläuft.

Bringt man das Metall mit einer anderen Substanz in Kontakt, so wird die "Atmungsbewegung" als Verzerrungswelle mit einer Ausdehnung in Bereich von einigen zehn Milliardstel Metern (Nanometern) übertragen. Form und Intensität der Welle können durch die Stärke des Laserbeschusses relativ genau eingestellt werden.

Läuft die Welle über ein Atom hinweg, so wird das Atom in kürzester Zeit um einige Billionstel Meter bewegt, was einer äußerst heftigen Auslenkung entspricht. Die Verzerrungswelle kann daher als mächtiges Nano-Erdbeben betrachtet werden. Ziel des Antrags ist es die Effekte, die man durch ein solches "Erdbeben" auslöst, einerseits physikalisch zu verstehen und andererseits auf mögliche Anwendungen hin zu untersuchen.

Durch die Verzerrung wird die Energie von Elektronen sehr schnell verändert; erhöht, wenn das Material zusammengedrückt wird, erniedrigt, wenn das Material gedehnt wird. Dadurch könnte die Emission von Licht aus Leuchtdioden und Lasern so schnell wie nie zuvor variiert werden, was beispielsweise für die optische Nachrichtentechnik von hohem Interesse ist. Es könnten sich aber auch neue Bereiche der Quantenphysik eröffnen.

Mit der Verzerrungswelle könnten laufende Quantenstrukturen erzeugt werden, oder die Wechselwirkung von Licht mit Materie könnte in bisher nicht realisierbare Bereiche vorstoßen. In Systemen, die aus vielen wechselwirkenden Teilchen bestehen, könnten Phasenübergänge erzwungen werden, bei denen sich das kollektive Verhalten der Teilchen durch die Verzerrungswelle ändert. Dies sind nur einige der Beispiele, über die Dortmunder nachdenken.

Ole Lünnemann | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-dortmund.de

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Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...