Institutsgruppe 1 mit Hörsaal
Physikalisches Institut
© M.Bartsch

Willkommen im Physikalischen Institut

Institutsgruppe 1; 2.-5.OG
News

25. Juni 2018 | Münster (UPM/ch)

WWU-Physiker entwickeln neuartige flexible Schaltkreise

Für biegsame Solarzellen und faltbare Displays / Besonders stabil und leistungsfähig
Ein flexibler Schaltkreis wird auf seine Biegsamkeit getestet.<address>© Ji Deyang</address>
Ein flexibler Schaltkreis wird auf seine Biegsamkeit getestet.
© Ji Deyang

Flexible Elektronik ist ein Zauberwort für elektronische Anwendungen der Zukunft: Biegsam und gleichzeitig stabil sollen neuartigen Materialien sein, die bei niedrigen Spannungen beispielsweise für flexible Displays oder „intelligente“ Verpackungen eingesetzt werden können. Physiker um Dr. Deyang Ji und Prof. Dr. Harald Fuchs stellen nun neue Polymerverbindungen vor, die besonders gut geeignet sind, um als sogenannte flexible aktive Elemente für elektronische Anwendungen eingesetzt zu werden. Die Arbeit, die in Kooperation mit Wissenschaftlern des Chemie-Instituts der Chinese Academy of Sciences in Peking und der Jiao Tong University in Shanghai durchgeführt wurde, ist in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

„Aktive Elemente“ in der Elektronik zeichnen sich dadurch aus, dass sie als Schalter beziehungsweise Steuerelemente genutzt werden können – beispielsweise, um Licht in Elektrizität umzuwandeln. „Bei flexiblen elektronischen Elementen hapert es meist an Stabilität und Leitfähigkeit. Durch eine geschickte Kombination von chemischen Substanzen und physikalischen Maßnahmen haben wir für unsere Schaltkreise nun eine Lösung gefunden, die die bisherigen Standards deutlich übertrifft“, sagt Nanophysiker Harald Fuchs. „Die Polymerverbindungen enthalten beispielsweise besonders dicht gepackte Molekülketten, und durch polarisierte Oberflächen optimieren wir die Leitfähigkeit“, ergänzt Deyang Ji.

Die neuen elektronischen Schaltkreise sind nicht nur flexibel, stabil und leistungsfähig, sondern auch einfach und kostengünstig herzustellen. „Wenn eine Firma Interesse hat, könnte sie leicht in die Massenproduktion einsteigen“, so die Einschätzung von Harald Fuchs, Direktor am Physikalischen Institut der WWU und wissenschaftlicher Leiter des münsterschen „Center for NanoTechnology“ (CeNTech). Mögliche Anwendungsgebiete sind beispielsweise flexible Solarzellen oder faltbare Displays.

Die Arbeiten der Münsteraner wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 858 "Synergistische Effekte in der Chemie“ und des deutsch-chinesischen Transregio-Sonderforschungsbereichs 61 (TRR 61) unterstützt.

 

Originalpublikation:

Deyang Ji et al. (2018): Copolymer dielectrics with balanced chain-packing density and surface polarity for high-performance flexible organic electronics. Nature Communications volume 9, Article number: 2339; DOI: 10.1038/s41467-018-04665-z

Links zu dieser Meldung


 18. Juni 2018 | Münster (upm/kn)

Physiker bauen Antrieb für Foucaultsches Pendel von Gerhard Richter

Multimedia-Reportage erklärt die Wissenschaft hinter dem Kunstwerk in der Dominikanerkirche

Physiker, Feinmechaniker und Elektroniker der WWU haben den Pendelantrieb für das Kunstwerk "Zwei Graue Doppelspiegel für ein Pendel" von Gerhard Richter gebaut.<address>© Presseamt Münster - Michael C. Möller</address>
Physiker, Feinmechaniker und Elektroniker der WWU haben den Pendelantrieb für das Kunstwerk "Zwei Graue Doppelspiegel für ein Pendel" von Gerhard Richter gebaut.
© Presseamt Münster - Michael C. Möller

Der Künstler Gerhard Richter hat der Stadt Münster das Kunstwerk "Zwei Graue Doppelspiegel für ein Pendel" gestiftet, das in der profanierten Dominikanerkirche zu sehen ist. Es besteht aus einem 29 Meter langen Foucaultschen Pendel und vier Glastafeln. An der Umsetzung dieses Projekts waren Physiker, Feinmechaniker und Elektroniker des Fachbereichs Physik der WWU Münster beteiligt. Die Multimedia-Reportage "Die Wissenschaft hinter der Kunst" zeigt die Herausforderungen des Pendelantriebbaus.

Damit Sie sich die Multimedia-Reportage ansehen können, werden Sie auf ein Angebot von Adobe weitergeleitet. Dort gilt die Datenschutzrichtlinie von Adobe.

klicken


 14. Mai 2018 | Münster (upm/CH)

Ein Blick hinter die Kulissen des "Center for Soft Nanoscience"

Forschungsneubau nimmt Betrieb auf / "Die Zusammenarbeit zwischen den Fachdisziplinen wird einen neuen Schub bekommen"

Das Center for Soft Nanoscience (SoN) neben dem Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin (links)© WWU/Peter Leßmann
Fotos

Modern, hell und funktional wirkt das „Center for Soft Nanoscience“ (SoN) an der Busso-Peuss-Straße in Münster. Wenn man das Gebäude betritt, merkt man schnell: Es riecht dort noch ganz neu. Tatsächlich ist die Forschung im SoN gerade erst angelaufen. Während in einigen Chemie-Laboren bereits rege Betriebsamkeit herrscht, steht der Einzug anderer Arbeitsgruppen noch bevor. „Das SoN wird ein Hightech-Standort für die Nanowissenschaften“, prognostiziert Physiker Prof. Dr. Helmut Zacharias, einer der beiden SoN-Sprecher. 14 Gruppen aus der Chemie, Physik, Biologie und Biomedizin werden dort Tür an Tür arbeiten. "Damit haben wir erstmals die vier Disziplinen, die in den Nanowissenschaften forschen, unter einem Dach vereint - ein wahrlich einmaliges Gebäude", ergänzt sein Kollege, der Chemiker Prof. Dr. Bart Jan Ravoo.  "Unsere Zusammenarbeit wird dadurch einen neuen Schub bekommen."

Dass die Einrichtung in vielen Laboren noch fehlt, ermöglicht einen unverstellten Blick hinter die Kulissen. Dort, wo künftig die Laborausstattung inklusive diverser Großgeräte untergebracht werden wird, sieht man die spezielle Raumtechnik, die für den Betrieb der Geräte unverzichtbar ist. Beispielsweise im Reinraum. Dort untersuchen die Wissenschaftler demnächst Nanostrukturen, die 1000-fach kleiner sind als Staubteilchen. Zum Beispiel werden sie dort photonische Schaltkreise für optische Computer fertigen. Der Reinraum ist für Besucher nicht zugänglich – zu groß ist die Gefahr, dass auch nur ein einziges Staubkorn die Arbeit verfälschen könnte. Alle Mitarbeiter dürfen den Raum nur mit Schutzkleidung betreten, um keine Verunreinigungen einzuschleppen. Im sogenannten Grauraum, der den Reinraum u-förmig umgibt und der bereits deutlich staubfreier ist als jedes Standardlabor, spürt man einen stetigen, kalten Luftzug. Er entsteht durch die aus dem Reinraum strömende Luft – dort drinnen herrscht permanent ein Überdruck, damit keine ungefilterte Luft hineinströmen kann.

Einige Räume weiter befindet sich der Besucher zwar immer noch im Erdgeschoss, ist dennoch plötzlich unter Tage. Denn einige Labore liegen in einem Anbau unter einem Erdhügel, der eigens aufgeschüttet wurde, um empfindliche Experimente von störender natürlicher Strahlung abzuschirmen. Helmut Zacharias öffnet eine dieser Labortüren, der Besucher tritt hindurch, blickt nach rechts. Dort geht es einige Stufen hinunter – in einen leeren, hell erleuchteten fensterlosen Raum. Auf den ersten Blick deutet nichts auf das spektakuläre Mikroskop hin, das dort einmal stehen soll: Mit einem hochmodernen Verfahren, der Kryoelektronentomographie, werden die Forscher damit zum Beispiel Strukturen in Zellen und organischen Strukturen dreidimensional untersuchen und abbilden können.

Ein genauerer Blick auf den Boden des leeren Raumes verrät dem Besucher, wie passgenau das Labor auf das Gerät zugeschnitten ist. Ein schmaler Spalt, der rings um eine große rechteckige Bodenplatte läuft, gibt einen Hinweis: Die 30 Tonnen schwere Bodenplatte aus Beton ist vom übrigen Boden entkoppelt. Sie kann luftgefedert auf Pfeilern schweben und ist in diesem Zustand nahezu keiner Schwingung mehr ausgesetzt. Ansonsten könnte bereits ein einziges vorbeifahrendes Auto die Messungen zunichtemachen.

Zwei Stockwerke über diesem „Unter-Tage-Labor“ sieht es aus, als stünde Bart Jan Ravoo auf der Brücke eines Ozeandampfers, als er aus dem Fenster schaut. Tatsächlich jedoch steht er mit beiden Beinen auf festem Boden – in Raum 120.018, einem noch nicht bezogenen Büro mit Blick gen Süden, in Richtung Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin. Der Raum ist einer von vielen Orten im SoN, an denen die an den Stirnseiten des Gebäudes schräg nach innen gekippte Fassade ins Auge springt. Der Effekt: Der Panoramablick sorgt für viel Licht im Inneren.

Das SoN ist nicht nur ein Gebäude, sondern auch ein gleichnamiger Forschungsverbund. Nicht alle Angehörigen des Verbunds werden in dem neuen Gebäude untergebracht sein – aber allen wird die hochmoderne Technik dort zur Verfügung stehen. Für den Nanoforschungsstandort Münster bedeutet das SoN eine weitere Aufwertung –  beispielsweise in Ergänzung des benachbarten Center for Nanotechnology (CeNTech).

Derzeit bereitet sich das Team von Helmut Zacharias auf den baldigen Einzug in das SoN vor. Der Physiker und seine Mitarbeiter werden demnächst auch von den kurzen Wegen in dem Neubau profitieren. „Die besten Ideen entstehen künftig, wenn sich die Mitarbeiter der verschiedenen Gruppen und Fachdisziplinen an der Kaffeemaschine treffen“, mutmaßt Helmut Zacharias.

 

Das SoN-Projektteam vor dem Gebäude: Dr. Michael Seppi (Organisch-Chemisches Institut), Wolfgang Lutterbey und Frank Fröhlich (BLB NRW), Thomas Teepe und Rainer M. Kresing (Kresings Architektur Münster), Prof. Dr. Helmut Zacharias (SoN-Sprecher), Dr. Manfred Bartsch (Physikalisches Institut), Prof. Dr. Bart Jan Ravoo (SoN-Sprecher) und Jörg Albano-Müller (Baudezernat der WWU).<address>© WWU/Peter Leßmann</address>
Das SoN-Projektteam vor dem Gebäude: Dr. Michael Seppi (Organisch-Chemisches Institut), Wolfgang Lutterbey und Frank Fröhlich (BLB NRW), Thomas Teepe und Rainer M. Kresing (Kresings Architektur Münster), Prof. Dr. Helmut Zacharias (SoN-Sprecher), Dr. Manfred Bartsch (Physikalisches Institut), Prof. Dr. Bart Jan Ravoo (SoN-Sprecher) und Jörg Albano-Müller (Baudezernat der WWU).
© WWU/Peter Leßmann
Das Center for Soft Nanoscience – ein Steckbrief:

 

Adresse:

Busso-Peus-Straße 10, 48149 Münster (in Nachbarschaft zum Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin, dem Nano-Bioanalytik-Zentrum und dem Centrum für Nanotechnologie (CeNTech)

Bauherr:

Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW (BLB NRW)

Gesamtfläche:

Fast 8000 Quadratmeter

Gesamtkosten:

Rund 46 Millionen Euro (finanziert aus Fördermitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in Höhe von 17 Millionen Euro und aus Mitteln des Landes NRW)

Bauzeit:

Rund 36 Monate:

Beginn der Arbeiten auf der Baustelle: April 2015

Übergabe an die Nutzer: November 2017

Arbeitsgruppen in SoN:

Im SoN werden insgesamt rund 140 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 14 Arbeitsgruppen aus den Bereichen Chemie, Physik, Biologie und Biomedizin untergebracht sein. Etwa ein Viertel von ihnen ist bereits ins SoN umgezogen, die restlichen Gruppen folgen in den nächsten Wochen und Monaten.

Die Forschung:

Im SoN erforschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beispielsweise, wie in der Natur Nanomaterialien mit komplexen Eigenschaften und Funktionen entstehen, um nach diesem Vorbild Nanomaterialien zu erzeugen oder steuerbare Nanomaterialien wie Nanocontainer zu entwerfen. Im Fokus steht dabei auch die Weiterentwicklung der dafür nötigen hochpräzisen Verfahren.

Weitere Informationen zum Neubau:

Der Entwurf für das rechteckige Forschungsgebäude stammt vom Büro Kresings aus Münster. Das SoN hat drei volle Geschosse und oben ein eingerücktes Technikgeschoss; das Gebäude ist teils unterkellert. Im Erdgeschoss sind hochmoderne Reinräume und Großgerätelabore untergebracht. Neben dem Hauptgebäude gibt es einen eingeschossigen zweiten Baukörper, dessen spezielle Fundamente störende Schwingungen minimieren, die die Ergebnisse der äußerst sensiblen Messinstrumente verfälschen könnten. Abgesetzt von dem Forschungsbau, in unmittelbarer Nähe des Eingangs, befindet sich ein eingeschossiges Ver- und Entsorgungsgebäude. Es dient der Lagerung von Gasen und Lösemitteln.

Der Wissenschaftsrat der Bundesrepublik hatte im Jahre 2013 den vorgestellten interdisziplinären Forschungsansatz des SoN als besonders förderungsfähig befunden und daher die Einrichtung eines eigenen Forschungsbaus empfohlen.

Links zu dieser Meldung


18. APRIL 2018 | Münster (upm)

Neue Methode erlaubt Einblicke in Wechselwirkungen zwischen Molekülen

Münstersche Nanowissenschaftler entwickeln atomar definierte Mess-Spitze mit besonderer Stabilität / Abbildung molekularer Strukturen durch Rasterkraftmikroskopie

Dr. Harry Mönig im Labor<address>© WWU/Florian Fontein</address>
Dr. Harry Mönig im Labor
© WWU/Florian Fontein

Wie die Strukturen organischer Moleküle mit ungeahnter Genauigkeit sichtbar gemacht werden können, zeigen Physiker und Chemiker der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) nun in einer im Fachmagazin „Nature Nanotechnology“ online veröffentlichten Studie. Der Schlüssel für die besondere Genauigkeit des mikroskopischen Verfahrens liegt in der hohen Stabilität einer außergewöhnlich scharfen und atomar definierten Mess-Spitze.

Übersichtsbild eines selbstorganisierten molekularen Netzwerks. Die Vergrößerung rechts zeigt ein einzelnes Molekül (Mitte), das von sechs teilweise sichtbaren Molekülen umgeben ist. Die schwachen Linien dazwischen können auf die Wechselwirkung zwischen den Molekülen zurückgeführt werden.<address>© 2018 Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature. All rights reserved.</address>
Übersichtsbild eines selbstorganisierten molekularen Netzwerks. Die Vergrößerung rechts zeigt ein einzelnes Molekül (Mitte), das von sechs teilweise sichtbaren Molekülen umgeben ist. Die schwachen Linien dazwischen können auf die Wechselwirkung zwischen den Molekülen zurückgeführt werden.
© 2018 Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature. All rights reserved.
Den neuen Ansatz, mit dem die strukturellen und chemischen Eigenschaften von organischen Molekülen mit höchster Präzision abgebildet werden können, haben die Wissenschaftler vom Fachbereich Physik der WWU in den Laboren des Center for Nanotechnology (CeNTech) in Münster entwickelt. Die Methode basiert auf der Rasterkraftmikroskopie, bei der Probenoberflächen mit einer atomar feinen Spitze „abgetastet“ und somit abgebildet werden können. Dr. Harry Mönig, federführender Autor der Studie, erklärt: “Die Besonderheit ist, dass wir die Mess-Spitze aus Kupfer mit einem einzelnen Sauerstoffatom chemisch passivieren.” Passivieren bedeutet hier: Das Sauerstoffatom verhindert unerwünschte Wechselwirkungen der Mess-Spitze mit den Atomen der Probenoberfläche. Im Gegensatz zu bisher etablierten Verfahren ist das Sauerstoffatom besonders stabil an die Mess-Spitze gebunden, wodurch Abbildungsartefakte auf ein Minimum reduziert werden können.

Prof. Dr. Harald Fuchs, Ko-Autor der Studie, betont: „Das Potenzial der neu entwickelten Methode ist beträchtlich. So kann man nun die Bindungsstrukturen molekularer Netzwerke mit ungeahnter Genauigkeit untersuchen.“ Dies erlaube detaillierte Einblicke in die Wechselwirkungen, die zwischen Molekülen auftreten. Das Wissen um diese Wechselwirkungen sei besonders wichtig für die Entwicklung neuer sogenannter nanostrukturierter Materialien. Bei diesen Materialien nutzt man das Phänomen, dass schon winzige Unterschiede auf der Nanoskala die Materialeigenschaften deutlich verändern können. Besonders klar ist dieser Effekt zum Beispiel beim Vergleich zwischen Diamant, der sehr hart ist, und dem relativ weichen Grafit. Beide Materialien bestehen aus reinem Kohlenstoff. Allein die Anordnung der Kohlenstoff-Atome und ihre Bindung untereinander sind unterschiedlich.

Gefördert wurden die Arbeiten durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

 

Originalveröffentlichung:

Harry Mönig, Saeed Amirjalayer, Alexander Timmer, Zhixin Hu, Lacheng Liu, Oscar Díaz Arado, Marvin Cnudde, Cristian Alejandro Strassert, Wei Ji, Michael Rohlfing and Harald Fuchs (2018): Quantitative assessment of intermolecular interactions by atomic force microscopy imaging using copper oxide tips. Nature Nanotechnology, Published online: 09 April 2018, DOI: 10.1038/s41565-018-0104-4

Links zu dieser Meldung


20. März 2018 | Münster (upm/CH)

Forscher entwickeln komplexe Computer nach dem Vorbild Gehirn

Elektronik mit Optik "verheiratet" / Europäische Kommission fördert Verbundprojekt mit rund vier Millionen Euro

Prof. Dr. Wolfram Pernice<address>© WWU/Laura Grahn</address>
Prof. Dr. Wolfram Pernice
© WWU/Laura Grahn

Ein Computer, der ähnlich funktioniert wie ein Gehirn: Mit diesem Ansatz wollen Experten die Computertechnik modernisieren. Ein wesentlicher Unterschied zu herkömmlichen Rechnern ist die Verschmelzung der Recheneinheit, also des Prozessors, mit dem Datenspeicher. Durch diese Vernetzung sollen die Rechner besonders schnell, leistungsfähig und sogar lernfähig werden. Solche innovativen Hardware-Komponenten wollen Wissenschaftler nun in einem von der Europäischen Kommission mit vier Millionen Euro geförderten Projekt entwickeln. An dem Verbund, der von Forschern der Universität Exeter (Großbritannien) geleitet wird, ist die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Wolfram Pernice vom Physikalischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) beteiligt.

Sogenannte neuromorphe Rechner, die vernetzte Nervenzellen zum Vorbild haben, sind keine völlig neue Idee. Experten weltweit arbeiten seit einigen Jahren daran, solche Systeme zu entwickeln und alltagstauglich zu machen. „Die Neuerung ist, dass wir die Elektronik mit der Optik ‚verheiraten' wollen“, sagt Nanotechnologe Wolfram Pernice. „Unsere Computer rechnen zwar elektronisch wie herkömmliche Computer. Die Daten werden jedoch optisch gespeichert, ausgelesen und übertragen. Dadurch wird die Technik deutlich schneller.“

An dem Verbund beteiligt sind neben Wissenschaftlern verschiedener Hochschulen und Forschungseinrichtungen auch Partner aus der Industrie. Ziel ist es, innerhalb der Projektlaufzeit einen Prototyp zu entwickeln. Das Projekt sei eine „Machbarkeitsstudie mit Anwendungsbezug“, sagt Wolfram Pernice, der mit seiner Gruppe die optischen Computerchips entwickelt und fertigt. „Wir wollen eine neue Art der Rechnerarchitektur entwerfen und zeigen, dass man mit dieser Technologie tatsächlich rechnen kann.“

Der offizielle Projekttitel lautet: “Functionally scaled computing technology: From novel devices to non-von Neumann architectures”, kurz “Fun-COMP”. Neben den Teams der Universität Exeter (Großbritannien) und der WWU Münster sind Forscher der Universität Oxford (Großbritannien) beteiligt sowie Forscher des „Interuniversity Microelectronics Centre“ (Belgien) und des „Centre national de la recherche scientifique“ (Frankreich). Kooperationspartner aus der Industrie sind die Unternehmen Thales SA (Frankreich) und IBM Research GmbH (Schweiz).

Links zu dieser Meldung


1.Februar 2018  OPON 2018

© D. Wigger

We are co-organizing the 5th International Workshop on the Optical Properties of Nanostructures (OPON 2018) in Münster, 14-16 February 2018. The abstract submission deadline is 15 December 2017.