Presserklärungen zum 10. Leibniz-Kolleg
- Ankündigung hier
- Sonderpreisträger hier
Leibniz-Kolleg Potsdam zeichnet Nachwuchswissenschaftler aus
Einmal
jährlich vergibt das Leibniz-Kolleg Potsdam den so genannten Publikationspreis
an Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler, die in ihrer Potsdamer
Zeit in der Mathematik oder den Naturwissenschaften ein bedeutendes
wissenschaftliches Resultat erzielt haben und als Doktoranden der Universität
Potsdam bei Antragstellung höchstens 30 Jahre alt waren. Übrigens hat die
Math.-Nat. Fakultät derzeit ca. 600 eingeschriebene Doktoranden, die an der
Universität oder an einer der eng kooperierenden Forschungseinrichtungen der
Region forschen. Insofern ist dieser Kandidatenkreis repräsentativ für die
Nachwuchswissenschaftler in der Potsdamer Wissenschaftslandschaft. Als
Gradmesser für die Qualität ihrer Arbeit gelten Veröffentlichungen in
renommierten wissenschaftlichen Zeitschriften. Daher wird der Preis
Publikationspreis genannt. In diesem Jahr wird der mit 2.500 Euro dotierte
Preis aufgrund der exzellenten Bewerberlage doppelt vergeben:
Bernd Reimann vom Max-Planck-Institut für
Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) wird für seine herausragenden
Ergebnisse auf dem Gebiet der Numerischen Relativitätstheorie ausgezeichnet.
Dr. Georg Garnweitner vom Max-Planck-Institut für
Kolloid- und Grenzflächenforschung erhält den Preis für seine herausragenden
Ergebnisse auf dem Gebiet der modernen Materialwissenschaften.
Raum
und Zeit
Die
numerische Lösung von Einsteins Gleichungen beschäftigt Physiker in aller
Welt seit rund 100 Jahren. Bernd Reimann hat nun im Rahmen seiner an der
Universität Potsdam eingereichten Doktorarbeit mit analytischen Methoden
numerische Probleme untersucht, die in der Gravitationsphysik beim Lösen der
Einstein-Gleichungen auftreten. Die mathematischen Methoden hierfür
entwickelte er während eines zweijährigen Forschungsaufenthaltes am
Institut für Nuklearphysik der mexikanischen Nationaluniversität in
Mexiko-Stadt. Numerisch umsetzen konnte er seine Ergebnisse dann am
Albert-Einstein-Institut in Golm, denn hier in der Arbeitsgruppe
"Numerische Relativitätstheorie" entsprechend aufwendige
Computer-Simulationen durchgeführt.
Anhand
solcher Berechnungen lassen sich beispielsweise die bei der Kollision von
Schwarzen Löchern auftretenden Gravitationswellen bestimmen, die man in naher
Zukunft erstmals auf direktem Wege experimentell nachzuweisen erhofft. Herr
Reimann hat mit seinen Forschungsarbeiten bewiesen, dass numerisch unerwünschte
Effekte durch das Ausschneiden des pathologischen Bereiches, der innerhalb des
Ereignishorizontes des Schwarzen Loches liegt, vermieden werden können. Seine
Ergebnisse, die in numerischen Simulationen ein stark verbessertes Stabilitätsverhalten
aufweisen, wurden 2004 und 2005 in mehr als 6 Publikationen als Erstautor bzw.
als alleiniger Autor veröffentlicht, darunter in The
American Physical Society, Physical
Reviews und Classical and Quantum
Gravity. Hierfür erhält er den diesjährigen Publikationspreis.
Nanopartikel
und die fortschreitende Miniaturisierung von Bauteilen
Dr.
Georg Garnweitner, 1978 in Österreich geboren, studierte an der TU Wien
Technische Chemie. Im Rahmen seiner Forschungsarbeiten zur Dissertation am
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung entwickelte er
eine neue, weniger aggressive Methode zur Herstellung von Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln,
die in vielen Bereichen der modernen Materialwissenschaften eine wichtige Rolle
spielen. Bariumtitanat wird beispielsweise als Kondensatormaterial für
integrierte Schaltkreise in Computerchips eingesetzt, während
Bleizirkonattitanat als Material für Drucksensoren und hochpräzise
Stellantriebe Verwendung findet.
In
seinen Forschungsarbeiten legte Garnweitner ein besonderes Augenmerk auf die
Untersuchung des Bildungsmechanismus der Partikel. Die Reaktion der
Metallalkoxide mit dem Lösungsmittel erfolgt nicht, wie oft behauptet, unter
thermischer Zersetzung des organischen Restes, sondern über definierte
Reaktionen mit dem Lösungsmittel, teilweise unter Knüpfung oder Spaltung von
Kohlenstoffbindungen. Aufgrund dieser Erkenntnisse konnte die Synthese auch auf
nichtreduzierende Lösungsmittel, z. B. Ketone, ausgedehnt werden, was die
Herstellung reduktionsempfindlicher Metalloxide wie etwa Bleititanat in
Nanopartikelform ermöglichte. Mit seinen Arbeiten zur Herstellung von
anorganischen Nanopartikeln hat Herr Garnweitner auf unkonventionellen Wegen
einen großen Fortschritt erzielt, der auch international Beachtung findet.
Beeindruckend ist darüber hinaus die fachliche Breite, mit der er dieses
komplexe Themengebiet bearbeitet: Nicht nur aus der Sicht des anorganischen
Chemikers sondern auch aus der Sicht des organischen Chemikers.
Seine
Ergebnisse wurden nicht nur in mehr als 7 Publikationen in hochstehenden
Journalen (u.a in Chemical Materials
und Chemical Communications)
publiziert. Garnweitner wird sie auch im Rahmen einer Ausgründung im GO:IN in
die Praxis umsetzen. Dazu mag dieser Preis und das Preisgeld einen Beitrag
leisten.
Hintergrund:
Bernd Reimann
Eichbedingungen
in der numerischen Relativitätstheorie
In
der an der Universität Potsdam eingereichten Doktorarbeit untersuchte Bernd
Reimann mit analytischen Methoden numerische Probleme, die in der
Gravitationsphysik beim Lösen der Einstein-Gleichungen auftreten. Die
mathematischen Methoden entwickelte er Rahmen eines zweijährigen
Forschungsaufenthaltes am Institut für Nuklearphysik der mexikanischen
Nationaluniversität in Mexiko-Stadt. Numerisch umgesetzt wurden die Ergebnisse
dann am Albert-Einstein-Institut in Golm.
Die
Zielsetzung der Dissertation bestand darin, für numerische Evolutionen die
Eichfreiheitsgrade besser auszunutzen und das Stabilitätsverhalten von sehr
komplizierten Gleichungssystemen zu verbessern. Basierend auf solchen
Evolutionsgleichungen werden am Albert-Einstein-Institut in der Arbeitsgruppe
"Numerische Relativitätstheorie" aufwendige Computer-Simulationen
durchgeführt. Anhand derartiger Berechnungen lassen sich beispielsweise die
bei der Kollision von Schwarzen Löchern auftretenden Gravitationswellen
bestimmen, die man in naher Zukunft erstmals auf direktem Wege experimentell
nachzuweisen erhofft.
Im
ersten Teil der Doktorarbeit wurden die Eichfreiheitsgrade der
Einstein-Gleichungen behandelt: So teilt man bei der ,,3+1"-Zerlegung die
4-dimensionale Raumzeit in raumartige Flächen auf, die in der Zeit evolviert
werden. Bei diesen sogenannten Blätterungen kann man den zeitlichen Abstand
benachbarter Raumblätter sowie die räumlichen Koordinatenver-schiebungen frei
vorgeben. Bei Blätterungen von stark gekrümmten Raumzeiten tritt in vielen Fällen
jedoch eine als "Überdehnung der Flächen" bezeichnete Entartung der
Koordinaten auf. Für die Raumzeit eines Schwarzen Loches wurde dieser
numerisch unerwünschte Effekt nun erstmals analytisch für die
"maximale" Blätterung beschrieben und mit numerischen Beob-achtungen
verglichen. Es wurden ferner Randbedingungen hergeleitet, die das zeitliche
An-wachsen der Überdehnung minimieren. Unter anderem konnte hier gezeigt
werden, dass für die im Rahmen einer vorangegangenen Diplomarbeit eingeführte
"Punktur"-Randbedingung ein numerisch optimales Verhalten auftritt.
Es wurde ferner bewiesen, dass numerisch unerwünschte Effekte durch das
Ausschneiden des pathologischen Bereiches, der innerhalb des Ereignishorizontes
des Schwarzen Loches liegt, vermieden werden können. Diese Ergebnisse wurden
in Classical and Quantum Gravity 21, 4297-4303 (2004) und 22,4563-4587 (2005)
veröffentlicht.
Im
zweiten Teil der Doktorarbeit wurde in Gleichungssystemen das zeitliche
Verhalten der Eigenmoden untersucht: Es zeigte sich hierbei, dass singuläre Lösungen
mit zu endlicher Zeit divergierenden Gradienten oder Funktionswerten auftreten
können. Während zur Vermeidung der "Gradientenkatastrophe" bereits
ein (von der mexikanischen Arbeitsgruppe zuvor entwickeltes) Kriterium zur Verfügung
stand, wurde "singuläres Anwachsen des Funktionswertes" in Reimanns
Dissertation erstmals behandelt. Hier gelang es insbesondere, auch für die
Vermeidung dieses numerischen Problems ein "Quellterm-Kriterium" zu
entwickeln. Bei der Anwendung beider Kriterien auf die Einstein-Gleichungen
stellte sich dann heraus, dass pathologisches Verhalten in den Eigenmoden
vermieden werden kann, indem man Restriktionen der Eichung und Modifikationen
der Evolutionsgleichungen verwendet. Erste Ergebnisse, die in numerischen
Simulationen ein stark verbessertes Stabilitätsverhalten aufweisen, wurden
bereits in Physical Review D71, 064021 und D72, 124018 (beide 2005) publiziert.
Georg Garnweitner:
Nichtwässrige Synthese und Bildungsmechanismus von
Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln
Übergangsmetalloxide
spielen in vielen Bereichen der modernen Materialwissenschaften eine wichtige
Rolle, vor allem aufgrund ihrer elektronischen und katalytischen Eigenschaften.
Bariumtitanat wird beispielsweise als Kondensatormaterial für integrierte
Schaltkreise in Computerchips eingesetzt, während Bleizirkonat-titanat als
Material für Drucksensoren und hochpräzise Stellantriebe Verwendung findet.
Schon
allein die fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Bauteile macht es
notwendig, diese Oxide auch in Form von Nanopartikeln, also winzigsten Teilchen
einige Nanometer
groß
(1 nm ist ein millionstel Millimeter), herzustellen. Darüber hinaus hat sich
gezeigt, dass
solch
nanostrukturierte Materialien vollkommen neue Eigenschaften besitzen können,
vor
allem
sind sie durch ihre hohe spezifische Oberfläche vorzügliche Katalysatoren und
Sensoren.
Es
gibt vielfältige Methoden zur Herstellung von oxidischen Nanopartikeln.
Besonders homogene Produkte werden unter milden Bedingungen mittels der
sogenannten Sol-Gel- Synthese erhalten. Dabei wird meist ein Metallhalogenid
oder ein Metallalkoxid als Vorstufe mit Wasser umgesetzt. Viele dieser
Verbindungen reagieren aber äußerst heftig mit Wasser,und eine kontrollierte
Reaktion ist nur unter speziellen Vorkehrungen möglich. In dieser Arbeit wurde
eine neue, sanfte Methode zur Herstellung von Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln
entwickelt. Die Metalloxid-Vorstufen werden nicht mit Wasser umgesetzt, sondern
bei höheren Temperaturen mit einem organischen Lösungsmittel. Dies bietet
mehrere Vorteile: Es ist keine Zugabe von Tensiden erforderlich, um die
Nanopartikel zu stabilisieren, und in den meisten Fällen waren die Partikel
bereits direkt nach der Synthese hochkristallin, was eine zusätzliche
Hochtemperaturbehandlung unnötig macht.
Ein
besonderes Augenmerk wurde auf die Untersuchung des Bildungsmechanismus der
Partikel gelegt. Die Reaktion der Metallalkoxide mit dem Lösungsmittel erfolgt
nicht, wie oft behauptet, unter thermischer Zersetzung des organischen Restes,
sondern über definierte Reaktionen mit dem Lösungsmittel, teilweise unter Knüpfung
oder Spaltung von Kohlenstoffbindungen. Aufgrund dieser Erkenntnisse konnte die
Synthese auch auf nichtreduzierende Lösungsmittel, z. B. Ketone, ausgedehnt
werden, was auch die Herstellung reduktionsempfindlicher Metalloxide wie etwa
Bleititanat in Nanopartikelform ermöglichte.
Darüber
hinaus vergibt das Leibniz-Kolleg Potsdam den mit 2.500 Euro dotierten
Sonderpreis auf dem Gebiet der Chemie in Berlin-Brandenburg an
Dr.
Torsten Brezesinski, Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung,
für seine Arbeiten, mit denen er möglicherweise die Grundlagen für neue
effektivere Solarzellen, Elektroden und Sensormaterialien geschaffen hat.
neue
effektivere Solarzellen, Elektroden und Sensormaterialien
Der 27-jährige Dr.
Torsten Brezesinski, Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung,
hat seine überragenden wissenschaftlichen Leistungen unter anderem mit 13
hochrangigen Publikationen (6 weitere sind eingereicht bzw. im Druck)
dokumentiert. Eine Arbeit erschien beispielsweise in Nature
Materials. Im Rahmen seiner Forschungsarbeiten setzt die Templatierung
selbstorganisierter Systeme für die Synthese poröser Materialien ein und eröffnete
damit einen neuen Zugang zu Materialien mit faszinierenden Eigenschaften:
Beispielsweise kann er Phasenübergänge von Nanokristalliten beobachten und
Oberflächenstrukturierung im Submikrometerbereich ereichen. Die Arbeiten legen
möglicherweise Grundlagen für neue effektivere Solarzellen, Elektroden und
Sensormaterialien.
was macht er jetzt?
|
