Extrem belastbar und zugfest, und dabei zäh und federleicht – Materialien mit dieser außergewöhnlichen Kombination von Eigenschaften werden in vielen Industriebranchen sowie in der Medizin dringend benötigt und sind ebenso für die wissenschaftliche Forschung von großem Interesse. Polymerfasern mit eben diesen Eigenschaften hat jetzt ein Forschungsteam der Universität Bayreuth gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich, der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und weiteren Partnern in Deutschland, China und der Schweiz entwickelt und charakterisiert. In der Fachzeitschrift "Science" stellen die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen ihre Ergebnisse vor.

Die Fasern können mit High-Tech-Verfahren, die in der Industrie bereits etabliert sind, leicht hergestellt werden - und zwar auf der Basis von Polymeren, die weltweit gut verfügbar sind. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eignen sich die Polymerfasern hervorragend für technische Bauteile, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. Sie ermöglichen innovative Anwendungen auf den verschiedensten Gebieten, beispielsweise in der Textilindustrie oder der Medizintechnik, im Automobilbau oder in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Zudem sind die Fasern gut recyclebar.

"Wir sind sicher, dass wir mit unseren Forschungsergebnissen das Tor zu einer neuen zukunftsweisenden Materialklasse weit aufgestoßen haben. Praktische Anwendungen seitens der Industrie sind schon in naher Zukunft zu erwarten.", sagt der Leiter der Forschungsarbeiten, Prof. Dr. Andreas Greiner von der Universität Bayreuth.

Gängige Computerprozessoren kommen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften immer mehr an ihre Grenzen. Neuartige Materialien könnten hier Abhilfe schaffen. Ob und wie sich diese entwickeln lassen könnten, haben Physikerinnen und Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) untersucht. Sie haben ein neues Bauelementkonzept vorgeschlagen, das die neuesten Erkenntnisse aus dem Bereich der Spintronik nutzt und dieses zum Patent angemeldet. Über die Forschung berichtet das Team im Fachjournal "ACS Applied Electronic Materials".

Mit ihrem neuen Konzept wollen die Forscher der MLU die Speicherung von Daten und die Durchführung von Rechenoperationen in einem einzigen Bauteil vereinen, was eine "All-in-One"-Chip-Lösung für die zukünftige Computer-Technologie ermöglichen könnte. Gängige Prozessoren bestehen aus Milliarden Transistoren, in denen Daten verarbeitet werden. "Die Energieeffizienz dieser einzelnen Bauteile bestimmt den Energieverbrauch des gesamten Prozessors", sagt die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der MLU. Das größte Problem sei zudem immer noch der Energieverlust durch die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme, so die Forscherin weiter. Gleichzeitig muss bei der Entwicklung dieser Bauteile abgewogen werden: Entweder sind sie sehr leistungsfähig und energieeffizient, können dann aber nur für einen bestimmten Zweck verwendet werden. Oder sie sind vielseitig einsetzbar, erbringen dafür eine geringere Leistung und benötigen mehr Energie. Das Forschungsteam der MLU ist für seine neue Entwicklung der Frage nachgegangen, ob sich mit Hilfe der Spintronik diese Probleme lösen lassen.

"Die neuen Dioden und Transistoren, wie wir sie vorschlagen, verbinden Datenverarbeitung und -speicherung, sie verlieren dabei keine Energie und sie können neu konfiguriert werden", fasst der Physiker Dr. Ersoy Şaşıoğlu von der MLU zusammen. Das Konzept für diese Spintronik-Bauteile wurde bereits zum Patent angemeldet.

Ein neues Material könnte dabei helfen, extrem energiesparende Anwendungen in der Informationstechnologie zu entwickeln. Entdeckt wurde es von einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Elektronen an der Grenzfläche des Materials zeigen besondere Eigenschaften, die zu einer drastisch erhöhten Umwandlungrate eines Spinstroms in einen Ladungsstrom führen. Diese ist die Grundlage für zukünftige Anwendungen in der Spintronik. Damit erweist sich das neue Material als effizienter als alle bisher untersuchten, wie das Team im Fachjournal "Nature Materials" schreibt.

Durch alle technischen Geräte fließt elektrischer Strom. Dabei entsteht Wärme, Energie geht verloren. Die Spintronik erforscht unter anderem neue Konzepte, um dieses Problem zu lösen. Genutzt wird dabei eine spezielle Eigenschaft von Elektronen: der Spin. Dabei handelt es sich um eine Art Eigendrehimpuls von Elektronen, der ein magnetisches Moment erzeugt und Ursache des Magnetismus ist. Die Idee: Fließen anstelle von elektrischen Ladungen Spinströme durch ein Material, entsteht dabei keine Wärme und es kommt zu einem deutlich geringeren Energieverlust in den Geräten. "Ganz ohne elektrischen Strom kommt der Ansatz jedoch nicht aus. Daher ist eine effiziente Umwandlung zwischen Spin und Ladung erforderlich, um diese neuartige Technologie zu realisieren", sagt die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der MLU. Ihre Arbeitsgruppe ist Teil des internationalen Forschungsteams, das das neue Material entdeckt hat. Geleitet wurde die Arbeit vom französischen Physiker Dr. Manuel Bibes, der am renommierten Centre national de la recherche scientifique (CNRS) - Thales forscht.

Die Gruppe untersuchte die Grenzfläche zwischen zwei Oxiden. "Die beiden Stoffe sind eigentlich Isolatoren, die nicht leiten. An ihrer Grenzfläche entsteht aber eine Art zweidimensionales Elektronengas, das sich wie ein Metall verhält, Ströme leitet und mit einer extrem hohen Effizienz Ladungsstrom in Spinstrom umwandeln kann", erklärt Mertig. Dr. Annika Johansson und Börge Göbel aus ihrer Arbeitsgruppe lieferten die theoretische Erklärung dafür. Das neue Material ist den Forschenden zufolge deutlich effizienter als alle anderen bisher bekannten Materialien. Damit könnte es den Weg ebnen für die Entwicklung neuer, energiesparender Computer.

Viele Experimente in der Physik sind zeitaufwendig und teuer. Manchmal merkt man aber erst am Ende, dass man eigentlich die falschen Messparameter angesetzt hat. Wie praktisch wäre es dann, eine Zeitmaschine zu haben, mit der man an den Anfang des Experiments springen und die Daten neu auswerten könnte? Genau so eine Maschine wollen Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), der Freien Universität Berlin und der Technischen Universität München für eine Großforschungsanlage am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie entwickeln und die Anlage so verbessern. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben mit rund zwei Millionen Euro, davon gehen 1,1 Millionen Euro an die MLU.

"BESSY II" ist eine deutschlandweit einmalige Forschungsanlage am Helmholtz-Zentrum Berlin, mit der sich Röntgenstrahlung erzeugen lässt, deren Energie und Polarisation exakt eingestellt werden kann. Herzstück ist ein Teilchenbeschleuniger, der Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit bringt. Diese durchlaufen einen Speicherring mit Magneten, wobei Röntgenblitze entstehen. "Man kann sich den Bessy-Speicherring wie eine Kamera mit extrem schnellem Blitzlicht vorstellen. Die Röntgenstrahlung wird gepulst erzeugt, sodass Experimente mit einer sehr hohen Zeitauflösung möglich sind", sagt der Physiker Prof. Dr. Georg Woltersdorf von der MLU, der das Projekt gemeinsam mit Prof. Dr. Wolfgang Kuch von der Freien Universität Berlin und Prof. Dr. Christian Back von der TU München leitet. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ist die Anlage bei Materialforschern auf der ganzen Welt äußerst gefragt.

Eine Herausforderung dabei ist es, dass die Forschenden im Vorfeld genau festlegen müssen, welche Parameter zu welchen Zeitpunkten gemessen werden sollen. Ein kleiner Fehler in der Fragestellung könnte, so Woltersdorf, aber dazu führen, dass die ganze Messreihe keine oder unzureichende Ergebnisse erzielt. Hier setzt das neue Projekt an: Eine schnelle Elektronik für die Datenerfassung soll es ermöglichen, das Signal aller entstehenden Röntgenblitze, die während des Experiments anfallen, aufzuzeichnen und auszuwerten.

Mehr als 140 Besucher, drei Preise und eine Podiumsdiskussion: Am vergangenen Dienstag fand im Löwengebäude der fünfte hallesche Innovationstag transHAL statt. Zentrales Thema war in diesem Jahr der Strukturwandel in Mitteldeutschland. Viele hallesche Forscherinnen und Forscher sowie Vertreter aus der regionalen Wirtschaft, Gründerszene und Verwaltung besuchten die Veranstaltung, um sich über neue Projekte und Kooperationen auszutauschen.

Ausgezeichnet wurden unter anderem die Materialwissenschaftler PD Dr. Hartmut S. Leipner und Robert Schlegel von der enspring GmbH Halle für smarte Festkörper-Akkumulatoren aus Verbundmaterialien, die deutlich mehr nutzbare Energie speichern können als herkömmliche Batterien. Sie erhielten in der Kategorie „Erfolgreiche regionale Transferkooperation“ den mit 1.000 Euro dotierten Preis der Stadt Halle.

Der Sonderforschungsbereich SFB/Transregio 102 "Polymere unter Zwangsbedingungen" an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) kann seine Arbeit bis 2023 fortsetzen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt in der dritten Runde mit rund neun Millionen Euro. Ein neuer Aspekt der Forschung sind sogenannte Hybrid-Polymere, eine Kombination aus synthetischen Polymeren und Proteinen. Diese könnten sowohl für die Medizin als auch die Forschung an Werkstoffen von Bedeutung sein.

"Dank der langjährigen Förderung durch die DFG haben wir wesentliche Fortschritte in unserem Forschungsprogramm erreicht und uns zu einem international sichtbaren Zentrum für Polymerforschung entwickelt", sagt der SFB-Sprecher Prof. Dr. Thomas Thurn-Albrecht. Davon zeuge auch die 2017 besiegelte Forschungskooperation der Naturwissenschaftlichen Fakultät II der MLU mit dem renommierten Institut für angewandte Chemie in Changchun, China.

In der neuen Förderphase wollen die Forscherinnen und Forscher auch die Eigenschaften und die Strukturbildung sogenannter hybrider Polymere, die aus biologischen und synthetischen Teilen bestehen, untersuchen. "Wir wollen besser verstehen, wie sich diese neuartigen Hybridmoleküle wechselseitig beeinflussen und welche Eigenschaften daraus resultieren. Ich denke, dass sich hier auch längerfristige Perspektiven ergeben könnten, die den materialwissenschaftlichen Schwerpunkt der MLU stärken", so Thurn-Albrecht. Die neuen Erkenntnisse könnten in Zukunft unter anderem wichtige Grundlagen für die Entwicklung neuartiger Materialien mit maßgeschneiderten Funktionen liefern. Weiterhin wollen die Wissenschaftler Grundlagen für medizinische Anwendungen liefern, etwa für die Erforschung neurodegenerativer Krankheiten, wie Alzheimer.

Viele Anwendungen der Informationstechnologie haben ein Problem: Ihrer Weiterentwicklung sind physikalische Grenzen gesetzt. Je leistungsfähiger sie werden, desto mehr Energie verbrauchen sie und desto mehr erwärmen sie sich. Außerdem lassen sich die Technologien nur noch begrenzt weiter verkleinern. Einen möglichen Ausweg dafür haben Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Universität Lanzhou in China gefunden. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature Communications" beschreiben sie eine neue Art von Spinwellen, mit denen sich Informationen deutlich effizienter übertragen und verarbeiten lassen.

Konventionelle IT-Anwendungen basieren auf elektrischen Ladungsströmen. "Diese gehen zwangsläufig mit Energieverlusten und einer Erwärmung der Umgebung, also des Materials, einher", sagt der Physiker Prof. Dr. Jamal Berakdar von der MLU. Deshalb würden der Datendurchsatz und die weitere Verkleinerung der Anwendungen mittlerweile an ihre physikalischen Grenzen stoßen, so der Forscher weiter.

Der Senat der Fraunhofer-Gesellschaft hat Prof. Ralf B. Wehrspohn am 8. Mai 2019 einstimmig zum neuen Vorstand Technologiemarketing und Geschäftsmodelle gewählt. Der erfolgreiche Physiker, Experte für Werkstoffforschung und aktuelle Leiter des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle sowie Inhaber des Lehrstuhls für Mikrostrukturbasiertes Materialdesign an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg wird sein Amt zum 1. Oktober 2019 antreten.

as künftig von Prof. Ralf Wehrspohn verantwortete Fraunhofer-Vorstandsressort ist dafür zuständig, den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis weiterzuentwickeln und auszubauen. Dazu zählen die Initiierung institutsübergreifender Projekte mit Kooperationspartnern in der Wirtschaft, die Förderung der Fraunhofer-Start-up-Kultur und der Ausbau forschungsbasierter Weiterbildungsangebote in technologischen Schlüsselfeldern.

»Für das ausgesprochene Vertrauen bedanke ich mich beim Fraunhofer-Senat ausdrücklich«, erklärte Prof. Ralf Wehrspohn. »Ich freue mich sehr darauf, die spezifische Expertise von Fraunhofer, Forschungsergebnisse in die Wertschöpfung zu bringen, systematisch zu stärken und zusammen mit den Fraunhofer-Instituten die Innovationsdynamik in Deutschland in Richtung einer nachhaltigen Industriegesellschaft zu steigern.«

An der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg wurde am 11.04.2019 ein neuartiges Lasersystem eingeweiht, mit dem u.a. Tumorzellen sichtbar gemacht werden können. Der „duale, gepulste, optisch-parametrische Oszillatorlaser“ kann mithilfe von Ultraschallwellen hoch aufgelöste 3D-Bilder des Körperinneren erstellen und wird in der Fachgruppe „Medizinische Physik“ der Universität unter deren Leiter Prof. Dr. Jan Laufer zum Einsatz kommen. Die Anschaffungskosten von rund 500.000 Euro wurden je zur Hälfte vom Land Sachsen-Anhalt und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) getragen. Für den Einbau im Biozentrum Halle wurden weitere Landesmittel in Höhe von rund 80.000 Euro zur Verfügung gestellt.

„Die Arbeit unserer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Medizinischen Physik ist ein wichtiges Bindeglied zwischen grundlagenorientierter und angewandter Forschung. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen sich das Wachstum von Tumoren im Körperinneren noch besser erforschen lässt. Die Erkenntnisse sind für die Forschung sowie für die Erprobung neuer Therapien von höchster Relevanz“, betonte der Rektor der Universität Halle, Prof. Dr. Christian Tietje.