Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben eine Methode entwickelt, um Flüssigkeiten direkt während des 3-D-Drucks in Materialien zu integrieren. Damit lassen sich zum Beispiel medizinische Wirkstoffe in pharmazeutische Produkte einbauen oder leuchtende Flüssigkeiten in Werkstoffe integrieren, die bei Materialrissen austreten und so den Schaden anzeigen. Die Studie dazu wurde in "Advanced Materials Technologies" veröffentlicht.

3-D-Druck ist mittlerweile weit verbreitet und wird für unterschiedlichste Anwendungsgebiete genutzt. In der Regel beschränken sich die Verfahren jedoch auf Materialien, die beispielsweise durch Erhitzen verflüssigt und nach dem Druck fest werden. Soll das fertige Produkt flüssige Anteile beinhalten, werden diese üblicherweise im Nachhinein hinzugefügt. Das ist aufwendig und kostspielig. "Die Zukunft liegt in komplexeren Methoden, die mehrere Produktionsschritte vereinen", sagt Prof. Dr. Wolfgang Binder vom Institut für Chemie der MLU. "Wir haben deswegen nach einer Möglichkeit gesucht, Flüssigkeiten direkt beim Druck in das Material einzubauen."

Die Chemiker konnten an zwei Beispielen zeigen, dass ihr Verfahren funktioniert: Zum einen bauten sie einen flüssigen Wirkstoff in ein biologisch abbaubares Material ein. "Wir konnten nachweisen, dass der Wirkstoff durch das Verfahren nicht beeinflusst wurde und aktiv geblieben ist", so Binder. In der Pharmazie werden solche Materialien als Wirkstoffdepots genutzt, die sich im Körper langsam abbauen. Sie können beispielsweise nach Operationen genutzt werden, um Entzündungen zu verhindern. Mit dem neuen Verfahren könnte ihre Herstellung erleichtert werden.

Zum anderen integrierten die Wissenschaftler eine leuchtende Flüssigkeit in ein Kunststoffmaterial. Wird das Material beschädigt, tritt sie aus und könnte so Schäden anzeigen. "Man könnte so etwas in einen kleinen Teil eines Produktes eindrucken, der besonders stark belastet wird", so Binder. Beispielsweise in stark beanspruchte Stellen von Autos oder Flugzeugteilen. Bisher lassen sich Schäden in Kunststoffmaterialien laut Binder nur schwer erkennen - anders als in Metallen, wo Mikrorisse durch Röntgen sichtbar gemacht werden können. Der neue Ansatz könnte somit für zusätzliche Sicherheit sorgen.

Millionenförderung für die chemische Grundlagenforschung an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU): Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat am Freitag entschieden, das neue Graduiertenkolleg (GRK) 2670 "Amphiphilie Plus: Selbstorganisation weicher Materie durch multiple nicht-kovalente Wechselwirkungen" an der MLU einzurichten. In der ersten Förderphase bis 2025 stehen für das Doktorandenprogramm rund 4,5 Millionen Euro zur Verfügung.

Amphiphile Substanzen sind sowohl wasser- als auch fettlöslich. "Die Natur nutzt Amphiphilie zur Selbstanordnung von Molekülen", erklärt der Chemiker Prof. Dr. Dariush Hinderberger von der MLU, der designierte Sprecher des neuen GRK. Es handelt sich dabei um ein grundlegendes Prinzip, nach dem Moleküle aufgebaut sind: Erst durch die verschiedenen fett- und wasserlöslichen Anteilen erhält ein Molekül seine bestimmte Form und die Möglichkeit, mit anderen größere Aggregate aufzubauen.

Die Projekte der künftigen Doktorandinnen und Doktoranden des GRK untersuchen die Amphiphilie sowie weitere Wechselwirkungen aus sehr verschiedenen Perspektiven: Denkbar sind etwa experimentelle oder theoretische Arbeiten aus den Bereichen Chemie, Physik und auch Mathematik. "Wir wollen das gesamte Spektrum der Moleküle, möglicher Methoden und Disziplinen abdecken", sagt Hinderberger.

Die Doktorandinnen und Doktoranden haben während ihrer Promotion auch die Möglichkeit, innerhalb des GRK sogenannte Inkubatorenprojekte zu beantragen. Das sind Forschungsprojekte, die über die eigentliche Promotion hinausgehen und für die die Promovierenden selbst verantwortlich sind. "Unsere Doktorandinnen und Doktoranden sollen nicht nur theoretisch lernen, was es heißt, ein Projekt zu leiten, sondern auch in einem abgesteckten Rahmen erste praktische Erfahrungen sammeln können", erklärt Hinderberger. Für die Zeit nach der Promotion ist für exzellente Kandidatinnen und Kandidaten eine Überbrückungsfinanzierung von bis zu sechs Monaten vorgesehen, in denen sie zum Beispiel eigene Drittmittelanträge, etwa für Förderungen der DFG, der Europäischen Union oder der Alexander von Humboldt-Stiftung, schreiben können.

Die Eigenschaften von künstlich hergestellten Magneten lassen sich mit Hilfe von Strom verändern und steuern. Das legen Analysen und Simulationen von Physikern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Central South University in China nahe. Im Fachjournal "Nature Communications" berichtet das Team, wie Magnete und magnetische Signale effektiver an elektrische Felder gekoppelt und dadurch gesteuert werden können. Daraus könnten sich neue, umweltschonende Konzepte zur effizienten Datenübertragung und -verarbeitung ergeben.

Magnete kommen immer dann zum Einsatz, wenn große Datenmengen gespeichert werden sollen. Gleichzeitig können sie zur Signalübertragung und -bearbeitung dienen, zum Beispiel in Bauteilen. Sollen diese Daten oder Signale verändert werden, müssen externe Magnetfelder auf die Speicher einwirken. Das hat einige Nachteile. "Die Erzeugung von Magnetfeldern, zum Beispiel mit Hilfe einer stromdurchflossenen Spule, benötigt viel Energie und ist zu dem relativ langsam", sagt Prof. Dr. Jamal Berakdar vom Institut für Physik der MLU. Abhilfe könnten elektrische Felder schaffen. "Allerdings reagieren Magnete eigentlich nur sehr schwach auf elektrische Felder, weshalb sich magnetisch-basierte Daten kaum durch elektrische Spannung wirklich effizient steuern lassen", so der Forscher weiter.

Das Team aus Deutschland und China suchte deshalb nach einem neuen Konzept, um die Reaktion von Magnetismus auf elektrische Felder zu verstärken. "Wir wollten herausfinden, ob aufeinander gestapelte magnetische Schichten fundamental anders auf elektrische Felder reagieren", erklärt Berakdar. Die Idee: Die Schichten dienen dann als Datenleiter für magnetisch-basierte Signale. Die Forscher gehen in ihrer Arbeit sogar noch einen Schritt weiter: Sie konnten zeigen, dass die neu entworfene Struktur auch auf Licht oder allgemeiner auf elektromagnetische Wellen reagiert. Dies ist wichtig, wenn man die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen durch magnetische Schichten steuern oder diese Wellen zur Kontrolle von magnetischen Signalen einsetzen möchte. "Ein weiteres Merkmal unseres neuen Konzepts ist es, dass dieser Mechanismus für viele Materialklassen funktioniert, wie Simulationen unter Realbedingungen belegen", sagt Berakdar. Die Erkenntnisse könnten so dabei helfen, energiesparende und effiziente Lösungen für die Datenübertragung und -verarbeitung zu entwickeln.

Moderne Lithium-Ionen-Batterien mit einer höheren Speicherkapazität und einer längeren Lebensdauer stehen im Zentrum eines neuen europaweiten Forschungsprojekts, an dem auch Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) beteiligt sind. Sie untersuchen, wie sich kleine Defekte in der Batterie von selbst heilen können. Die Freie Universität Brüssel in Belgien leitet das Projekt, das im Rahmen des "Horizon 2020"-Förderprogramms der Europäischen Kommission mit insgesamt 3,2 Millionen Euro gefördert wird. Die MLU erhält 420.000 Euro.

Egal, ob im Smartphone, im Notebook oder im E-Auto: In den meisten neuen elektrischen Geräten kommen Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. Diese sind sehr leistungsfähig und lassen sich schneller laden als klassische Akkus. Allerdings gibt es einen Haken: "Je schneller eine Batterie voll ge- oder entladen wird, desto schneller und stärker altert sie", sagt Prof. Dr. Wolfgang Binder vom Institut für Chemie der MLU. Konkret bedeutet das, dass ihre Kapazität immer geringer wird und der Innenwiderstand der Batterie größer, wodurch es auch noch schwerer wird, diese zu laden.

Im Rahmen des neuen Forschungsprojekts "BAT4EVER" untersucht Binder gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus ganz Europa, wie sich diese Alterungsprozesse verhindern lassen und wie die Batterien gleichzeitig noch leistungsfähiger gemacht werden können. Die Arbeitsgruppe von Binder ist spezialisiert auf die Entwicklung von selbstheilenden Polymeren. Diese sind vereinfacht gesagt dazu in der Lage, kleine strukturelle Materialdefekte von selbst zu reparieren. Dieses Wissen will der MLU-Chemiker nun auf die Batterien anwenden.

Ein Forscherteam hat mithilfe von Elektronenmikroskopen und Computersimulationen ermittelt, warum es zu Verlusten in Dünnschichtsolarzellen kommt. Die Forschenden von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) geben konkrete Hinweise, wie sich der bereits hohe Wirkungsgrad von CIGS-Solarzellen verbessern lässt. Die Ergebnisse wurde in der Zeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

Dünnschichtsolarzellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid oder kurz CIGS glänzen schon längst mit Rekord-Wirkungsgraden von 23,4 Prozent und weiteren Vorteilen wie der Möglichkeit zur Produktion auf flexiblen Substraten, was mit herkömmlichen Solarzellen aus Silizium-Wafern nicht möglich ist. Dieser Wirkungsgrad lässt sich aber durchaus noch verbessern, weil beim Umwandeln von Sonnenlicht in elektrische Leistung einige Verluste auftreten. Nur müssten die Hersteller erst einmal wissen, wo diese Einbußen genau auftreten.

"Zunächst haben wir mit dem Elektronenmikroskop die Struktur solcher CIGS-Dünnschicht-Solarzellen untersucht und an exakt der gleichen Stelle die Verteilung der vorhandenen Elemente analysiert", erklärt Daniel Abou-Ras. Diese Verteilung gibt dem Forscher wichtige Hinweise zur Lage der einzelnen CIGS-Kristalle. Mit einer speziellen Kombination weiterer Methoden klärt das Team diese Mikrostrukturen sehr fein auf.

Die so ermittelte Struktur einer CIGS-Solarzelle mit sehr gutem Wirkungsgrad übertragen die Forscher an der MLU in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Roland Scheer dann in ein Computermodell. Diese Simulation werden mit Hilfe der experimentellen Ergebnisse so lange angepasst, bis sie die Vorgänge in einer echten CIGS-Solarzelle möglichst exakt nachbildet. "Unsere Ergebnisse geben den Herstellern einen wichtigen Hinweis, wie sie CIGS-Solarzellen weiter verbessern können", ist Daniel Abou-Ras überzeugt. Schaffen die Entwickler es, die Kristalle erheblich zu vergrößern, gibt es auch weniger Grenzflächen und der bisherige Rekord-Wirkungsgrad könnte wohl deutlich verbessert werden.

Spezielle Metalloxide könnten künftig gängige Halbleitermaterialien ersetzen, die heute zum Beispiel in Prozessoren eingesetzt werden. Einem internationalen Forscherteam der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), der TU Kaiserslautern und der Universität Fribourg in der Schweiz ist hierfür ein wichtiger Schritt gelungen: Sie konnten erstmals beobachten, wie eine elektronische Ladungsanregung die Spins der Elektronen in Metalloxiden ultraschnell und phasengleich verändert. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

In der modernen Halbleiterelektronik ist das Anheben von Elektronen über die sogenannte Bandlücke des Halbleiters der zentrale erste Schritt in jedem Transistor: Elektronen müssen sich durch ein eigentlich nichtleitendes Material bewegen. "Nach der Anregung über die Bandlücke erzeugen die bewegten elektrischen Ladungen der Elektronen die Ströme, die zur Informationsverarbeitung verwendet werden, die aber auch jeden Prozessor heiß werden lassen und so zu Energieverlusten führen", erklärt Prof. Dr. Wolf Widdra vom Institut für Physik der MLU.

Die Spintronik versucht, dieses Problem mit Hilfe des sogenannten Spins zu lösen. Dabei handelt es sich um den Eigendrehimpuls eines Elektrons, der ein magnetisches Moment bewirkt und so den Magnetismus erzeugt, der für die Informationsverarbeitung genutzt werden soll. Kopplungen von elektronischen und magnetischen Eigenschaften bestimmen dabei die Funktionsweise. "Eine wichtige Materialklasse für die Spintronik sind magnetische Oxide, da sie nur magnetische Informationen, aber keine Elektronenströme, weiterleiten", sagt Widdra, der die Studie im Rahmen des gemeinsamen Sonderforschungsbereichs SFB/TRR 227 "Ultraschnelle Spindynamik" der MLU und der Freien Universität Berlin, leitete.

Die Erkenntnisse bereiten nun die Grundlage für eine ultraschnelle Spintronik, so der Physiker. Langfristig soll das dabei helfen, neue ultraschnelle Speichersysteme und Informationstechnologien zu entwickeln.

Eine neue Methode ermöglicht es, mit Hilfe von Lichtwirbeln bislang unsichtbare Quantenzustände von Elektronen zu beobachten. Entwickelt wurde sie von Physikern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und einem internationalen Forschungsteam. Die Methode verspricht neue Erkenntnisse über die Elektronenbewegung, die für Materialeigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Magnetismus oder molekulare Strukturen entscheidend ist. Der experimentelle Nachweis erfolgte am freien Elektronenlaser FERMI in Italien, die Ergebnisse wurden im Fachmagazin "Nature Photonics" veröffentlicht.

Lichtmikroskope ermöglichten der Menschheit die ersten Einblicke in den Mikrokosmos von Bakterien und Zellen. Doch ihre Auflösung ist durch die Wellenlänge des Lichts beschränkt. "Die Quantenwelt bleibt dabei unsichtbar", sagt Dr. Jonas Wätzel vom Institut für Physik der MLU, der in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Jamal Berakdar forscht. "Die räumliche Ausdehnung von Quantenteilchen in Atomen, wie Elektronen, ist um ein Vielfaches kleiner als die Lichtwellenlänge, sodass eine Abbildung mit der klassischen optischen Mikroskopie unmöglich ist."

Licht kann jedoch eine beachtliche Menge an Energie mit sich führen. "Wenn die Energie eines Photons stark genug ist, um ein Elektron aus Materie herauszuschlagen, spricht man vom photoelektrischen Effekt", erklärt Wätzel. Der Effekt wurde bereits von Einstein vorhergesagt. Die Eigenschaften des herausgeschlagenen Photoelektrons lassen sich mit Spektrometern nachweisen. Zusammen mit einem internationalen Forschungsteam fand er nun eine neue Methode, um das Photoelektron mit mehr Informationen auszustatten. Dafür kombinieren die Physiker herkömmliche Laserstrahlen mit Lichtwirbeln, sogenannten optischen Wirbeln.

"Diese Spektroskopiemethode ebnet den Weg für neuartige Einblicke in die Struktur der Materie und deren Wechselwirkung mit Licht. Wie ein Molekül aussieht, ob es links- oder rechtsdrehend ist, ob ein Material elektrisch leitend oder magnetisch ist, alles hängt von der elektronischen Struktur ab", erklärt Wätzel. Die Methode sei im Prinzip universell anwendbar und für verschiedene Anwendungen, von der Medizin über die Elektronik bis zur Materialwissenschaft, interessant.

Eigentlich nicht-magnetische Oxid-Materialien lassen sich durch ein komplexes Verfahren so verändern, dass sie magnetisch werden. Grundlage für dieses neue Phänomen ist ein kontrolliertes Wachstum der einzelnen Materialschichten Atomlage für Atomlage. Über das unerwartete Ergebnis berichtet ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in der Fachzeitschrift "Nature Communications".

In der Festkörperphysik sind wenige Nanometer dünne Oxidschichten bekannt für die Herausbildung eines sogenannten zweidimensionalen Elektronengases. Diese dünnen Schichten sind getrennt voneinander jeweils durchsichtige und elektrisch isolierende Materialien. Wenn aber eine dünne Schicht auf einer anderen wächst, bildet sich unter bestimmten Bedingungen an der Grenzfläche ein leitender Bereich aus, der metallisch glänzt. "Normalerweise bleibt dieses System nichtmagnetisch", sagt Prof. Dr. Ingrid Mertig vom Institut für Physik der MLU. Dem Forschungsteam ist es gelungen, die Bedingungen beim Schichtwachstum so zu steuern, dass in den grenzflächennahen Atomlagen Leerstellen entstehen, die später durch Fremdatome aus benachbarten Atomlagen aufgefüllt werden. Die entstehenden Objekte verursachen die magnetischen Eigenschaften an der Grenzfläche.

Die theoretischen Berechnungen und Erklärungen für dieses neu entdeckte Phänomen haben die Physiker um Ingrid Mertig angefertigt. Experimentell überprüft wurde das Verfahren dann von mehreren Arbeitsgruppen in ganz Europa - auch von der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kathrin Dörr von der MLU, die den Magnetismus in den Materialien nachweisen konnte. "Durch diese Kombination aus Computersimulationen und Experimenten konnten wir den komplexen Mechanismus entschlüsseln, der für die Entstehung des Magnetismus verantwortlich ist", so Mertig.

Die Studie geht auf die Arbeit des ehemaligen Sonderforschungsbereichs 762 "Funktionalität oxidischer Grenzflächen" an der MLU zurück, der von 2008 bis 2019 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wurde.

Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Lanzhou University in China haben ein einfaches Konzept entwickelt, mit dem sich magnetische Datenspeicher entscheidend verbessern lassen könnten. Mithilfe ultrakurzer elektrischer Pulse im Terahertz-Bereich können Daten sehr schnell geschrieben, gelesen und gelöscht werden. Das würde die Datenverarbeitung schneller, kompakter und energiesparender machen, wie die Forscher anhand komplexer Simulationen herausfanden. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "NPG Asia Materials" veröffentlicht.

Magnetische Datenträger werden vor allem dort eingesetzt, wo große Datenmengen verarbeitet werden und langfristig sicher gespeichert werden sollen - beispielsweise in den Servern sozialer Netzwerke. Einmal gespeichert, sind die Informationen auch nach vielen Jahren noch abrufbar. Elektrische Datenträger, wie sie unter anderem in Handys eingesetzt werden, sind ohne Energiezufuhr viel kurzlebiger. Magnetische Festplatten und Bauelemente haben jedoch auch Nachteile: Sie nutzen bewegliche mechanische Teile und Magnetfelder. Das macht die Technik energieintensiv, das Schreiben und Lesen mit Magnetfeldern ist zudem relativ langsam.

"Wir haben nach einer schnellen und sparsamen Alternativmethode gesucht", sagt Prof. Dr. Jamal Berakdar vom Institut für Physik der MLU. Zusammen mit Kollegen der Lanzhou University hat er eine simple Idee ausgearbeitet: Mithilfe von ultrakurzen Pulsen im Terahertz-Bereich könnten Informationen in magnetischen Nanowirbeln geschrieben und innerhalb von Pikosekunden geschaltet werden. Das bedeutet, theoretisch wären Milliarden von Schreib- und Lesevorgänge pro Sekunde möglich.

Nanobänder aus Graphen lassen sich in Zukunft deutlich einfacher herstellen als bisher. Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), der University of Tennessee und des Oak Ridge National Laboratory in den USA ist es erstmals gelungen, das vielseitige Material direkt auf Halbleiter-Stoffen herzustellen. Bisher war das nur auf Metall-Oberflächen möglich. Mit dem neuen Ansatz lassen sich auch die Eigenschaften der Nanobänder wie gewünscht anpassen. Einsatz finden könnte das Material zum Beispiel in der Speichertechnik. Über die Ergebnisse berichtet das Team in der aktuellen Ausgabe von "Science".

Graphen wird in Fachkreisen seit Jahren als Material der Zukunft gehandelt. Dabei handelt es sich vereinfacht gesagt um zweidimensionale Kohlenstoffflächen, die in ihrer Struktur an Bienenwaben erinnern. Durch seine spezielle Anordnung erhält das Material besondere Eigenschaften: Es ist zum Beispiel äußerst stabil und ultraleicht. Graphen-Nanobänder sind dabei von besonderem Interesse, weil sie ein Halbleitermaterial sind, das zum Beispiel in der Elektro- und Computerindustrie eingesetzt werden könnte. "Deshalb konzentrieren sich viele Arbeitsgruppen weltweit auf Graphen-Nanobänder", erklärt der Chemiker Prof. Dr. Konstantin Amsharov von der MLU.

Gemeinsam mit Forschern aus Deutschland, den USA und Polen ist es ihm nun gelungen, die Herstellung der begehrten Nanobänder sehr stark zu vereinfachen: Dafür nutzte das Team ein Verfahren, um das Material herzustellen, bei dem einzelne Atome aneinandergefügt werden. So lassen sich die Eigenschaften wie gewünscht anpassen. Den Forschern ist es nun zum ersten Mal gelungen, die Bänder auf der Oberfläche von Titanoxid, einem nicht-metallischen Material, herzustellen. "Bisher wurden die Bänder vor allem auf Goldoberflächen synthetisiert. Das ist nicht nur vergleichsweise teuer, sondern auch unpraktisch", so Amsharov. "Mit unserer neuen Methode haben wir die komplette Kontrolle darüber, wie die Graphen-Nanobänder zusammengesetzt werden. Das Verfahren ist technologisch relevant, kann also auch industriell angewendet werden, und ist kostengünstiger als bisherige Ansätze", fasst Amsharov zusammen. Die Anwendungsgebiete für die Nanobänder sind groß: Sie könnten künftig in der Speicher- und Halbleitertechnik zum Einsatz kommen und sind auch eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Quantencomputern.

Die Chiralität ist eine fundamentale Eigenschaft von vielen organischen Molekülen. Sie besagt, dass chemische Verbindungen nicht nur in einer, sondern zwei spiegelbildlichen Formen vorliegen können. Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg haben nun einen Weg gefunden, die Chiralität in kristallinen, flüssig-kristallinen und flüssigen Stoffen spontan, ohne einen äußeren lenkenden Einfluss, herbeizuführen. Die Erkenntnisse könnten für die Entwicklung neuer Wirkstoffe und für die Materialwissenschaften von Bedeutung sein. Die Studie erschien kürzlich in der internationalen Fachzeitschrift "Chemical Science" der Royal Society of Chemistry.

Die Chiralität ist eine Eigenschaft von nahezu allen Molekülen, die in der Natur zu finden sind: "Moleküle sind räumliche Anordnungen von miteinander verknüpften Atomen. Für viele Moleküle gibt es aber nicht nur eine Form, die sie einnehmen können, sondern mindestens zwei", erklärt der Chemiker Prof. Dr. Carsten Tschierske von der MLU. Sind diese Formen spiegelbildlich zueinander, spricht man von Chiralität.

Bei normalen chemischen Reaktionen im Labor entstehen beide spiegelbildlichen Formen in gleichen Mengen. "In der Natur ist das anders: Kohlenhydrate, Aminosäuren und Nukleinsäuren haben jeweils nur eine dominante Form", so Tschierske. Und das aus gutem Grund: Die Nukleinsäuren, zum Beispiel, sind die Informationsträger unseres Erbguts, der DNA. Schon kleinste Änderungen des Erbguts können zu folgenschweren Krankheiten führen. "Wenn es nun für jede Nukleinsäure zwei Formen geben würde, wäre der Aufbau unserer DNA chaotisch, weil es zu viele Variationsmöglichkeiten geben würde. Das Leben, wie wir es kennen, wäre unmöglich", so Tschierske.

Die hallesche Studie trägt zum Verständnis bei, wie sich die einheitliche Biochiralität vor Millionen von Jahren entwickelt haben könnte. Gleichzeitig liefert sie neue Erkenntnisse dafür, wie sich Chiralität spontan erzeugen lässt. Der Anwendungsbereich hierfür ist groß: So werden etwa chirale Substanzen als Wirkstoffe in der Medizin eingesetzt und die Erkenntnisse lassen sich womöglich auch für verschiedenste Materialien nutzen, die zum Beispiel in der optischen Informationsverarbeitung zum Einsatz kommen können.

Fortschritt für erneuerbare Energien: Die Produktion von grünem Wasserstoff könnte künftig noch effizienter ablaufen. Chemikern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ist es durch einen ungewöhnlichen Prozessschritt gelungen, preiswerte Materialien für Elektroden so zu behandeln, dass sich ihre Eigenschaften in der Elektrolyse deutlich verbessern. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichte die Gruppe im Fachjournal "ACS Catalysis".

Wasserstoff soll das Speicherproblem der erneuerbaren Energien lösen. Er lässt sich in lokalen Elektrolyseuren produzieren, zwischenspeichern und dann mit hohem Wirkungsgrad in einer Brennstoffzelle wieder zu Strom machen. Darüber hinaus dient er als wichtiger Grundstoff in der chemischen Industrie. Die grüne Produktion von Wasserstoff hapert jedoch noch an der schlechten Umsetzung des eingebrachten Stromes. "Ein Grund dafür ist, dass der zyklische Strom aus Sonne und Wind die beteiligten Materialien durch die dynamische Belastung schnell an ihre Grenzen bringt, so dass vor allem günstige Katalysatormaterialien schnell an Aktivität einbüßen", erläutert Prof. Dr. Michael Bron vom Institut für Chemie der MLU das Grundproblem.

Seine Arbeitsgruppe hat jetzt eine Methode entdeckt, mit der sich sowohl die Stabilität als auch die Aktivität von preiswerten Nickelhydroxid-Elektroden deutlich erhöhen lässt.

Wirbel, die in bestimmten magnetischen Materialien auftreten. Diese Nano-Objekte könnten als digitaler Informationsträger genutzt werden – je nach Anwesenheit oder Abwesenheit in einem magnetischen Streifen. Ein Forschungsteam der Max-Planck-Institute (MPI) für Mikrostrukturphysik in Halle und für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat nun entdeckt, dass beide Wirbel in bestimmten Materialien koexistieren können, was das Speicherpotential weiter erhöht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

Durch die drastisch gestiegene Anzahl an elektronischen Geräten hat sich der Bedarf an Speicherplatz in den letzten Jahren dramatisch erhöht. Mit herkömmlichen Speicher-Technologien ist es schwierig geworden, mit dieser Entwicklung Schritt zu halten. Gleichzeitig steht der hohe Energieverbrauch dieser Technologien - hard disk drives (HDD) und random-access memories (RAM) - einer "grünen Zukunft" im Weg. Daher werden komplett neue, leistungsfähigere Speicher mit einem geringeren Energieverbrauch benötigt.

Ein vielversprechendes Konzept ist der magnetische "Racetrack"-Datenspeicher. Er besteht aus einzelnen nanoskopisch kleinen magnetischen Streifen (den "Racetracks"), in denen die Information über magnetische Nano-Objekte gespeichert ist - zum Beispiel über die Anwesenheit oder die Abwesenheit gleichartiger Objekte an bestimmten Positionen. Ein möglicher Informationsträger ist das magnetische (Anti-)Skyrmion. Es ist ein enorm stabiler Wirbel der Magnetisierung mit einer variablen Größe zwischen Mikrometern und Nanometern. Die einzelnen Objekte können geschrieben, gelöscht, gelesen und mit Strömen bewegt werden. Das heißt, der Speicher arbeitet ohne bewegliche Teile. "Indem man mehrere Racetracks übereinanderstapelt, erhöht sich die Speicherkapazität drastisch verglichen mit solid-state drives (SSD) oder hard disk drives (HDD). Weiterhin arbeitet der Racetrack-Speicher mit einem Bruchteil der Energie herkömmlicher Speichereinheiten. Er ist wesentlich schneller, kompakter und zuverlässiger", erklärt Prof. Dr. Stuart Parkin, Direktor des MPI für Mikrostrukturphysik in Halle und Alexander von Humboldt-Professor an der MLU.

"Skyrmionen und Antiskyrmionen sind 'entgegengerichtete’ magnetische Wirbel. Bis vor Kurzem ging man davon aus, dass diese beiden Objekte nur in unterschiedlichen Materialklassen auftreten können", erklärt Prof. Dr. Ingrid Mertig vom Institut für Physik der MLU. Das Forschungsteam der Max-Planck-Institute in Halle und Dresden und der MLU hat nun jedoch entdeckt, dass Skyrmionen und Antiskyrmionen unter bestimmten Bedingungen sogar in ein und demselben Material koexistieren können. Dr. Börge Göbel, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Mertigs Forschungsgruppe, lieferte die theoretische Erklärung für die unerwartete Entdeckung, die von Jagannath Jena aus Parkins Gruppe gemessen wurde. Die verwendeten Materialien, sogenannte Heusler Verbindungen, wurden von Dr. Vivek Kumar in der Gruppe von Prof. Dr. Claudia Felser am MPI in Dresden hergestellt.

Prof. Dr. Georg Woltersdorf, Leiter der Fachgruppe Optik am Institut für Physik der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ist von der Max-Planck-Gesellschaft in München für fünf Jahre zum Max-Planck-Fellow berufen worden. Als Max-Planck-Fellow wird er ab Januar eine Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut (MPI) für Mikrostrukturphysik in Halle leiten, die dynamische Phänomene in neuartigen (spin)elektronischen Materialien mit optischen Methoden untersucht. Die Forschung wird mit 500.000 Euro gefördert und dient als Grundlage für die Anwendung in zukünftigen Speicherelementen.

"Die Berufung zum Max-Planck-Fellow empfinde ich als großartige Würdigung unserer Forschung und bisherigen Zusammenarbeit", sagt Georg Woltersdorf. "Sie ermöglicht mir, in den nächsten fünf Jahren gemeinsam mit den Kollegen am Max-Planck-Institut zum einen unsere Methoden weiterzuentwickeln und zum anderen diese Methoden auf die weltweit einmaligen Proben und Materialsysteme aus der Arbeitsgruppe von Stuart Parkin anzuwenden." Am Max-Planck-Institut wird er eine Arbeitsgruppe gemeinsam mit dem Physiker leiten, der mit seiner Forschung bereits jetzt die Speicherelektronik revolutioniert hat und 2014 im Rahmen einer Humboldt-Professur an die MLU und das MPI für Mikrostrukturphysik nach Halle kam. In der Abteilung von Prof. Dr. Stuart Parkin am MPI wurde eine einzigartige Infrastruktur zur Herstellung neuer Materialien für spinelektronische Anwendungen geschaffen. Atom für Atom können auf der Grundlage von theoretischen Rechnungen Materialien mit neuartigen Eigenschaften aufgebaut werden. "Wir freuen uns sehr, die Expertise, das umfangreiche Wissen und die Methoden zu ultraschneller optischer Technik nutzen zu können, die Georg Woltersdorf und sein Team an der MLU entwickelt haben, um so den Geheimnissen unserer auf atomarer Ebene hergestellten Bauelementen auf die Spur zu kommen", so Parkin.

Das Programm der "Max Planck Fellows" wurde 2005 von der Max-Planck-Gesellschaft eingeführt, um die Kooperation zwischen Universitäten und Max-Planck-Instituten zu stärken, indem herausragende Wissenschaftler mit der Leitung einer kleinen Arbeitsgruppe an einem Max-Planck-Institut beauftragt werden. Jährlich werden etwa sieben neue Max Planck Fellows berufen. Nach Prof. Dr. Ingrid Mertig im Jahr 2008 und Prof. Dr. Wolf Widdra im Jahr 2012 ist Prof. Woltersdorf bereits der dritte Forscher vom Institut für Physik der MLU, der nun zum Fellow am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle berufen wird.