AKTUELLES
15.09.2020

IRIS-Nachwuchsforscher Michael Kathan erhält renommierten Preis für Photochemie

Für seine herausragende Dissertation "Photoswitching Reactivity: From remote-controlled to light-driven chemical systems" wurde Dr. Michael P. Kathan am 14. September 2020 mit dem Albert-Weller-Preis ausgezeichnet. Dies ist die zweite Auszeichnung nach dem Friedrich Hirzebruch-Promotionspreis 2020.

Michael Kathan, Jahrgang 1988, studierte Chemie an der Freien Universität Berlin und ETH Zürich, wo er sich mit Fluorchemie und gespannten Aromaten beschäftigte. Nach seinem Masterabschluss an der Freien Universität Berlin begann er seine Doktorarbeit 2015 in der Arbeitsgruppe von IRIS-Mitglied Prof. Stefan Hecht an der Humboldt-Universität zu Berlin, gefördert durch die Studienstiftung des deutschen Volkes.

Der Forschungsschwerpunkt von Michael Kathan lag auf der Kontrolle von chemischer Reaktivität und adaptiven Materialien mit Licht:
In innovativer Weise nutzte er Licht als Werkzeug, um den Verlauf chemischer Reaktionen kontrollieren und Materialeigenschaften steuern zu können. Dreh- und Angelpunkt der Dissertation von Michael Kathan ist die Entwicklung des Konzeptes der „Photo-Umpolung“, bei der das chemische Verhalten von Molekülen durch das dosierte Bestrahlen mit Licht verschiedener Farben grundlegend verändert werden kann. Die Jury hob in ihrer Begründung hervor, dass es Kathan in beeindruckender Weise gelänge, den Bogen von den physikochemischen Grundlagen über die Herstellung intelligenter Materialien bis hin zu neuen, nachhaltigen Konzepten zu spannen, die gesellschaftlich relevante Fragen aufgreifen. So eröffnet seine Forschung den Zugang zu kostengünstigen Sensormaterialien, die etwa den Frischezustand leicht verderblicher Lebensmittel anzeigen. Der lichtgesteuerte Auf- und Abbau von Kunststoffmaterialien verspricht zudem Fortschritte im Bereich des nachhaltigen Recyclings von Mischungen verschiedener Plastikprodukte.

Den Albert-Weller-Preis verlieh die GDCh gemeinsam mit der Deutschen Bunsen-Gesellschaft am 14. September 2020 auf der digital stattfindenden 27. Lecture Conference on Photochemistry. In diesem Jahr teilen sich die Auszeichnung zwei Nachwuchsforschende: Neben Michael Kathan erhielt sie Yusen Luo, die am Leibniz-IPHT und der Universität Jena promovierte und inzwischen als Post-Doc am Institut für Chemie und Pharmazie der Universität Erlangen tätig ist.

Kathans Forschung führte bereits zu mehreren Publikationen in einschlägigen Fachmedien. Seit dem Abschluss seiner Dissertation im Januar 2019 arbeitet Michael Kathan als Postdoktorand bei Prof. Ben Feringa an der Universität Groningen, Niederlande, an molekularen Motoren.

Wir gratulieren herzlich!

11.09.2020

Erstmalige Quantenmessung von Temperatur in einem lebenden Organismus

Zusammenfassung:

Die genaue Messung der Temperatur mit gleichzeitig höchster, räumlicher Auflösung in lebenden Organismen ist von großer Wichtigkeit, um Stoffwechselprozesse genau untersuchen zu können. Eine solche Messung war jedoch bislang wegen fehlender präziser und zuverlässiger Nanothermometer oder Nanotemperatursonden unmöglich. Ein internationales Forscherteam um Prof. Oliver Benson, Mitglied von IRIS Adlershof  und Prof. Masazumi Fujiwara von der Osaka City Universitity hat nun einen nur wenige Nanometer großen Quantensensor entwickelt und Temperaturveränderungen in einem Fadenwurm nach Verabreichung einer pharmakologischen Substanz messen können. Die Resultate öffnen den Weg für vielfältige Anwendungen der neuartigen Quantensensorik in der biomedizinischen Forschung, z.B. für die Aufnahme hochauflösender Wärmebilder.
 

Schema des Experiments: Mit Hilfe von Laserlicht (grün) kann die charakteristische Mikrowellenresonanzlinie (in orange: Mikrowellenantenne) von Nanodiamanten in einem Fadenwurm (typische Länge 1 mm) unter einem Mikroskop aufgenommen werden. Da diese von der Temperatur abhängt, kann eine Temperaturänderung sehr präzise und lokal gemessen werden. (©Masazumi Fujiwara, Osaka City University, E-mail an Oliver Benson)

Weitere Informationen:
Die Wissenschaftler verwendeten in ihrem Experiment kleine Diamanten mit Durchmessern von wenigen 10 Nanometern (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter). Diese Nanodiamanten enthalten leuchtende (fluoreszierende) Quantendefekte, die man unter einem optischen Mikroskop beobachten kann. Mit Hilfe von eingestrahlten Mikrowellen kann man die Helligkeit der leuchtenden Quantendefekte verändern. Bei einer ganz bestimmten Mikrowellenfrequenz erscheinen die Defekte etwas dunkler. Diese so genannte Resonanzfrequenz hängt von der Temperatur ab. Die Forscher konnten nun die Verschiebung der Resonanzfrequenz sehr genau bestimmen und damit die Temperaturänderung am Ort der Nanodiamanten präzise bestimmen.
Die Nanodiamanten wurden in einen Fadenwurm (C. Elegans) eingebracht. C. Elegans ist ein sehr gut verstandenes Modellsystem und wird in sehr vielen biophysikalischen und biochemischen Experimenten untersucht. Durch Gabe einer bestimmten pharmakologischen Substanz konnten in einzelnen Zellen des Wurms die Mitochondrien, gewissermaßen die “Kraftwerke” der Zellen, zu erhöhter Aktivität angeregt werden. Dies zeigte sich dann als eine leichte lokale Temperaturerhöhung von wenigen Grad.
Die Forscher zeigten sich fasziniert von den Ergebnissen des Experimentes. "Ich hätte nie gedacht, dass die neuen Methoden der Quantentechnologie sogar bei lebenden Organismen so gut funktionieren.“ sagte Masazumi Fujiwara, Professor an der Osaka City Universität. „Mit diesen vielversprechenden Resultaten sind wir sehr zuversichtlich, dass die Quantensensorik sich auch in der Biochemie und Biomedizin etablieren wird.“ ergänzt Prof. Oliver Benson von der Humboldt-Universität. Die Forscherteams arbeiten nun daran, ihre Messmethode weiter zu verbessern und zu automatisieren, damit sie leicht in Standardmikroskopie-Aufbauten integriert werden kann.


Funding:
Osaka City University Strategic Research Grant. Murata Science Foundation.
JSPS-KAKENHI (20H00335, 16K13646, 17H02741, 19K14636, 17H02738).
MEXT-LEADER program. Sumitomo Research Foundation.
Deutsche Forschungsgemeinschaft (FOR 1493).

Kontakt:
Oliver Benson
Nano-Optik
Institut für Physik und IRIS Adlershof der Humboldt-Universität zu Berlin
Newtonstraße 15
12489 Berlin
030 2093 4711
oliver.benson physik.hu-berlin.de


Real-time nanodiamond thermometry probing in vivo thermogenic responses

M. Fujiwara, S. Sun, A. Dohms, Y. Nishimura, K. Suto, Y. Takezawa, K. Oshimi, L. Zhao, N. Sadzak, Y. Umehara, Y. Teki, N. Komatsu, O. Benson, Y. Shikano, and E. Kage-Nakadai,
Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aba9636
 

09.09.2020

Das Graduiertenkolleg 2575 „Rethinking Quantum Field Theory“ nimmt seine Arbeit auf.

Das von der Deutschen For­schungs­gemeinschaft (DFG) geförderte Graduierten­kolleg (GRK) 2575 „Über­denken der Quanten­feld­theorie - Re­think­ing Quantum Field Theory“ hat seine Arbeit aufgenommen. Pan­demie­be­dingt verzögerte sich die Einstellung der ersten beiden Kohorten auf den Herbst 2020. Zum Oktober geht das Kolleg aber nun mit 15 Promovierenden aus 10 Ländern und zwei Postdoktoranden an den Start. Das GRK wird sich mit drängenden theoretischen Fragen und wesentlichen Innovationen der Quantenfeldtheorie beschäftigen, die über etablierte Methoden hinausgehen. „Die Quantenfeldtheorie ist ein hochentwickelter spezialisierter Formalismus der theoretischen Physik zur Beschreibung von wechselwirkenden Vielteilchensystemen. Dennoch sind noch grundlegende Fragen offen, insbesondere in der Beziehung zur Gravitation, und gerade in den letzten Jahren haben sich hier faszinierende, ja beinahe revolutionäre Innovationen eingestellt, die im Rahmen des Graduiertenkollegs weiter erforscht werden“, sagt der Sprecher Prof. Dr. Jan Plefka, Leiter der Arbeitsgruppe Quantenfelder und Stringtheorie am Institut für Physik. Die Pandemie erschwert jedoch weiterhin die Arbeit. „Glücklicherweise sind wir Theoretiker auch im Home Office mit Laptop, Papier und Bleistift, Mathematica und Zoom beinahe voll arbeitsfähig. Was jedoch zu kurz kommt ist der spontane Austausch zwischen uns, etwa im Common Room beim Kaffee oder beim gemeinsamen Lunch, bei denen häufig neue Ideen entstehen. Jedes Meeting ist nun geplant.“ So werden sämtliche Kurse, Kolloquien und Seminare auch im Wintersemester 2020/21 virtuell durchgeführt werden müssen. Auch ist aktuell unklar, ob das erste Retreat im November wie geplant in Präsenz durchgeführt werden kann. „Die Organisation ist in vollem Gange. Gerade die erste Tagung ist uns sehr wichtig, um allen Beteiligten die Möglichkeit zu geben, sich in ungezwungenem Rahmen kennen zu lernen", erklärt PD Dr. Oliver Bär, der Koordinator des GRKs.

Das Graduiertenkolleg wird von 13 Principal Investigators getragen und schließt sämtliche Arbeitsgruppen in der theoretischen Teilchenphysik am Institut für Physik ein. Weitere Kooperationspartner sind das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und das Helmholtz Zentrum DESY. „Gerade die inhaltliche Breite machen das GRK so attraktiv. Sie bietet den jungen Nachwuchswissenschaftlern viele Möglichkeiten, über den Tellerrand ihres eigenen Projektes zu schauen", erläutert der stellvertretende Sprecher Prof. Dr. Agostino Patella. „Es ist das ausgesprochene Ziel des GRKs, die Promovierenden umfassend und breit auszubilden und sie somit auf eine wissenschaftliche Karriere vorzubereiten."

Die Quantenfeldtheorie als Vereinigung von Quantenmechanik und spezieller Relativitätstheorie stellt eine der wesentlichen intellektuellen Leistungen des letzten Jahrhunderts dar. Diese theoretischen Fortschritte, eng verbunden mit experimentellen Beobachtungen, führten zum Standardmodell der Elementarteilchenphysik. Mit der experimentellen Entdeckung des Higgsbosons im Jahr 2012 verfügen wir heute somit über eine empirisch validierte und mathematisch konsistente Theorie bis zu höchsten Energieskalen. Dennoch weisen eine Reihe von terrestrischen Experimenten, sowie die astrophysikalisch gesicherte Existenz von dunkler Materie und Energie darauf hin, dass das Standardmodell nicht die finale Theorie der Teilchenphysik sein kann. Parallel hierzu zwingen drängende theoretische Fragen, wie die Natur der Quantengravitation, das Hierarchieproblem oder die Entdeckung von Dualitäten zwischen verschiedenen Quantenfeldtheorien, etablierte Formulierungen zu überdenken. In jüngerer Zeit sind entscheidende Innovationen in der Quantenfeldtheorie erreicht worden, die zu einem ernsthaften Überdenken ihrer Grundprinzipien geführt haben. Diese beinhalten neue Methoden der Störungstheorie, Dualitäten und versteckte Symmetrien, die prominente Rolle effektiver Feldtheorien, moderne Methoden für Streuamplituden sowie der Gradientenfluss in der Gitterfeldtheorie. Die weitere Entwicklung dieser Methoden und Konzepte der modernen Quantenfeldtheorie in der Form eines Überdenkens der Quantenfeldtheorie stellen die gemeinsame Basis dieses Graduiertenkollegs dar. Hieraus folgt ein anspruchsvolles Qualifizierungsprogramm, das sich am aktuellen Forschungsstand orientiert.

Weitere Informationen finden Sie hier

05.09.2020

Neue Nachwuchsgruppe „Erforschung der Landschaft der Stringtheorie Flussvakua durch Exceptional Field Theory“ im Rahmen des Emmy-Noether-Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft

Dr. Emanuel Malek etabliert ab August am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin eine Nachwuchsgruppe zum Thema „Erforschung der Landschaft der Stringtheorie Flussvakua durch Exceptional Field Theory“. Die Gruppe wird durch das Emmy-Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit über 1,2 Millionen Euro für 6 Jahre unterstützt. Nach seiner Promotion an der University of Cambridge im Jahr 2014 verbrachte Dr. Malek ein Jahr als Postdoctoral Fellow an der University of Cape Town in Südafrika, gefolgt von einer dreijährigen Tätigkeit als Research Fellow an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Anschließend forschte er für zwei weitere Jahre am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam. An der Humboldt-Universität wird Dr. Malek seine Arbeit auf dem Gebiet der theoretischen Physik fortsetzen und dabei in engem Austausch mit den Mitgliedern des IRIS Adlershof, Prof. Dr. Jan Plefka, Prof. Dr. Matthias Staudacher und Dr. Olaf Hohm, stehen. 

Dr. Maleks Forschungsgruppe entwickelt neue Rechenwerkzeuge, um Vorhersagen aus der Stringtheorie für unser Universum zu gewinnen. Stringtheorie basiert auf der Idee, dass alle Materie aus winzigen vibrierenden Saiten (englisch: Strings) besteht und ist unser bester Versuch, die Schwerkraft mit der Quantenmechanik zu vereinen. Eine Kernvorhersage der Stringtheorie sind sechs weitere räumliche Dimensionen in unserem Universum, zusätzlich zu unseren alltäglichen drei räumlichen Dimensionen. Zwar sind diese extra Dimensionen zu klein, um direkt beobachtet zu werden, aber ihre Form bestimmt direkt die Partikel und Kräfte, die wir in unserem 3-dimensionellem Universum beobachten. Bisher war es jedoch, wegen fehlendem mathematischen Formalismus, nicht möglich, eine große Klasse an Formen der extra Dimensionen, sogenannte Flusskompaktifizierungen, systematisch zu analysieren. Um dieses Hindernis zu umgehen, entwickeln und benutzen Dr. Malek und seine Forschungsgruppe die neue mathematischen Technicken der Exceptional Field Theory, was zum ersten Mal eine systematische Untersuchung der möglichen Formen der extra Dimensionen der Stringtheorie erlaubt. Die hierdurch entstehenden Einsichten sind unerlässlich, um Stringtheorie in Zukunft experimentell testen zu können. 


IRIS Adlershof wüncht Dr. Malek für das Erreichen dieser Ziele viel Erfolg und freut sich auf eine fruchtbare Zusammenarbeit.

26.08.2020

Stefan Hecht zum Mitglied der Academia Europaea gewählt

Die Academia Europaea hat Prof. Stefan Hecht, bereits Mitglied von IRIS Adlershof, als neues Mitglied aufgenommen. Die Akademie hat ihren Sitz in London und wurde im Jahr 1988 gegründet. Sie umfasst derzeit mehr als 4.000 Mitglieder, darunter 54 Nobelpreisträger.

Ziel der Akademie ist es, Bildung und Forschung in Europa zu fördern sowie den interdisziplinären und internationalen Austausch in der Wissenschaft zu stärken. Darüber hinaus berät die Akademie als unabhängiger Partner Regierungen und internationale Organisationen in wissenschaftlichen Fragestellungen. Die Mitglieder sind führende Experten aus den Bereichen Chemie, Physik, Biologie, Medizin, Mathematik, Informatik und Technik, den Sozial- und Geisteswissenschaften sowie den Wirtschafts- und Rechtswissenschaften.

„Die Wahl in die Sektion Chemie der Academia Europaea ist eine große Ehre und ich bin sehr glücklich über diese besondere persönliche Anerkennung meiner Forschungsarbeiten", erklärt Stefan Hecht. Seine Schwerpunkte liegen auf dem Gebiet der makro- und supramolekularen Chemie und der organischen Materialsynthese mit besonderem Interesse für Licht-kontrollierte und -getriebene Prozesse sowie Polymerisierung auf Oberflächen.

Die Sektion Chemie deckt alle Bereiche der experimentellen und theoretischen Chemie ab, die sich mit der Untersuchung von Materie und ihren Eigenschaften befasst. Darüber hinaus widmen sich die Mitglieder den Fragen, wie und warum sich Stoffe verbinden oder trennen, um andere Stoffe zu bilden und wie Stoffe mit Energie wechselwirken. Die Sektion bildet die Schnittstelle zu anderen Disziplinen und verwandten Gebieten der Pharmazie, der chemischen Verfahrenstechnik und der Materialwissenschaften, wo sich die Forschung in erster Linie mit chemischen Aspekten und weniger mit klinischen oder ingenieurwissenschaftlichen Fragestellungen befasst.

„Durch die Mitgliedschaft wird mir ein herausragendes Netzwerk zu Teil, das ich in Zukunft für den fachübergreifenden Austausch nutzen möchte. Es ist ein Privileg durch die beratende Arbeit der Akademie auch an politischen Weichenstellungen beratend mitwirken zu können“, so Stefan Hecht.

17.08.2020

Rufannahme und Ernennung von Prof. Dr. Jan Lüning

Flavie Davidson-Marquis 
Prof. Dr. Jan Lüning

Das Institut für Physik und IRIS Adlershof sind hocherfreut über die Rufannahme und Ernennung zum Professor von Prof. Dr. Jan Lüning auf die W3-S-Professur "Elektronische Eigenschaften von Materialien / ­­Röntgenanalytik" am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin. Herr Lüning ist seit 1.6.2019 auch wissenschaftlicher Geschäftsführer für den Bereich "Materie" am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Er ist ein international anerkannter Experte für die Forschung mit Synchrotronstrahlung, der vor seinem Wechsel zum HZB auch an der Marie-Curie Universität in Paris und am Synchrotron in Stanford forschte.

IRIS Adlershof gratuliert Herrn Lüning sehr herzlich und freut sich auf eine gute Zusammenarbeit.

13.08.2020

Dr. Michael J. Bojdys wechselt zum King's College London

Flavie Davidson-Marquis
Michael J. Bojdys

Dr. Michael J. Bojdys, seit April 2018 ERC-Nachwuchsgruppenleiter am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin und Mitglied von IRIS Adlershof wechselt nun zum King's College London. Dort wird er als Reader in Chemistry tätig sein. er bleibt auch weiterhin Mitglied von IRIS Adlershof. Vor seiner Zeit an der Humboldt-Universität zu Berlin hat Dr. Bojdys bereits an der Karls-Universität Prag, der TU Berlin sowie der University of Liverpool geforscht.

IRIS Adlershof gratuliert herzlich, wünscht Dr. Bojdys viel Erfolg in seiner neuen Tätigkeit und freut sich auf die weitere gute Zusammenarbeit.