Fast Track

Portraits der Stipendiatinnen

Natur- und Ingenieurwissenschaften, Jahrgang 2012 - 2014
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Dr. Nadya Ben Bekhti
Wann haben sich die ersten Galaxien gebildet und wie entwickeln sich diese Inseln im Weltraum weiter? Mit der Beantwortung dieser Fragen beschäftigt sich Nadya Ben Bekhti. Dabei spielen riesige Gaswolken im Halo von Galaxien eine große Rolle. Für die Untersuchung solcher Objekte nutzt sie sowohl Optische- als auch Radioteleskope. Erst die Kombination von Messungen in verschiedenen Wellenlängenbereichen erlaubt die genauere Untersuchung der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Galaxienbausteine. Weiterhin arbeitet sie aktiv zusammen mit Forschergruppen in Australien und den Niederlanden an der nächsten Generation von Radioteleskopen.
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Jun.-Prof. Dr. Annette Brunsen
Kann man Transportprozesse durch kleine, synthetische Poren z.B. in Glas gezielt manipulieren? In der Natur regulieren Ionenkanäle u. a. unser Nervensystem, indem sie Ionen durchlassen oder den Transport blockieren. In der Technik basieren viele Trennprozesse auf porösen Systemen. Ich interessiere mich dafür, Polymere, als lange Moleküle, die z.B. durch Licht Ladungen „an“ und „aus“ schalten können, in poröse Membranen einzubringen. Damit möchte Frau Brunsen mit ihrer Forschergruppe den Transport durch diese Membranen mit Hilfe von Licht schalten. Besonders kleine Poren, mit einem Durchmesser im Bereich der Polymergröße, sind dabei interessant. In so kleinen Poren ist so wenig Platz, dass Moleküle sich anders verhalten als in einer Lösung. Eine Frage ist, ob man solche Struktureffekte ausnutzen kann.
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Dr. Katharina Butsch
Das Hauptproblem der Brennstoffzelltechnik ist die Entwicklung geeigneter Elektrodenmaterialien für die Reduktion von Sauerstoff zu Wasser. In der Natur finden sich Enzyme, wie die Kupfer enthaltenden Laccasen, die genau diese Umwandlung katalysieren. Von diesen Enzymen inspiriert entwickelt Katharina Butsch Elektroden, die selektiv und effizient Sauerstoff reduzieren. Dazu wird als Trägermaterial Glas-Kohlenstoff mit einfachen aber stabilen Kupferkomplexen modifiziert. Ein wesentlicher Aspekt bei der Materialentwicklung ist die Anordnung dieser Komplexe auf der Elektrode und die Suche nach Verfahren, wie die Oberflächenverteilung gezielt beeinflusst werden kann. Die katalytischen Eigenschaften der Materialien werden schließlich durch elektrochemische Verfahren analysiert.
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Dr. Carla Cederbaum
Wie schnell können schwarze Löcher rotieren? Welche geometrischen Eigenschaften haben sie? Die Mathematikerin Carla Cederbaum erforscht aktuelle theoretische Fragestellungen aus Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Diese Theorie beschreibt die physikalische Eigenschaften und die Bewegung von Himmelskörpern wie Sternen und schwarzen Löchern, aber auch ganzen Galaxien. Formuliert ist die Theorie in der Sprache der Geometrie mithilfe von so genannten geometrischen Differentialgleichungen. Carla Cederbaum analysiert diese Gleichungen und leitet aus ihnen allgemeingültige geometrische Prinzipien her, die neue mathematische sowie physikalische Erkenntnisse liefern. Dazu arbeitet sie mit Kollegen aus der Mathematik, der Physik, der Numerik und der Astronomie zusammen.
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Dr.-Ing. Carla Cimatoribus
Was bedeutet Abfallwirtschaft für eine globale Gesellschaft, die zunehmend von knappen Rohstoffen abhängig ist? Ist es zielführend, sich alleine auf die Entwicklung immer effizienterer Technologien zu fokussieren? Carla Cimatoribus versucht sich, den Herausforderungen einer Welt mit Zukunft aus zwei Richtungen zu nähern: sie erforscht einerseits hochtechnologische Lösungen zur Rückgewinnung von Rohstoffen und Energie aus Abfällen und andererseits entwickelt sie sozio-ökonomischen Strategien zur Optimierung der globalen Kreislaufwirtschaft. Ihre Arbeit erstreckt sich dabei von der experimentellen Erprobung neuer Verfahrenstechniken bis hin zu Modellierung der Stoffströme auf globaler Ebene.
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Dr. Inga Fischer
Wie können zukünftige Computer und integrierte Schaltungen energieeffizienter und leistungsfähiger werden? Inga Fischer erforscht neuartige Halbleiter-Bauelemente von der Herstellung bis zu ihrer experimentellen Charakterisierung. In heutigen Computerchips werden sogenannte Silizium-Feldeffekttransistoren als Bauelemente für logische Schaltungen eingesetzt, die über Kupfer-Verdrahtungen verbunden sind. Inga Fischer arbeitet daran, zum einen die Transistoren durch Bauelementkonzepte wie z.B. Tunneltransistoren zu ersetzen, in denen quantenmechanische Effekte zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Verringerung der Leistungsaufnahme genutzt werden. Zum anderen forscht sie an Alternativen zur metallischen Verdrahtung wie z.B. plasmonische Übertragungsstrecken, die zur verbesserten Informationsübertragung im Chip genutzt werden können.
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Dr. Tanja Gulder
Tanja Gulder beschäftigt sich mit der Entwicklung katalytischer Systeme. In diesen Arbeiten lässt Sie sich von der Natur inspirieren, die viele chemische Reaktionen spielend bewerkstelligt, die für den Menschen – bis dato – nicht durchführbar sind. Mit diesem Ansatz fügt sie nicht nur neue, wichtige Werkzeuge zum Arsenal der chemischen Methoden hinzu, sondern erschließt auch medizinisch relevante Verbindungsklassen. Dabei konzentriert sich auf die Entwicklung neuer nicht-invasiver Diagnostika, die eingearbeitet in Implantate deren Kontrolle im Patienten, auch ohne chirurgischen Eingriff, erlauben. Besonders am Herzen liegt ihr die Erarbeitung neuer antibiotischer Leitstrukturen, wodurch sie ihren Beitrag zur Bekämpfung der immer bedrohlicher werdenden Antibiotikaresistenz leistet.
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Dr.-Ing. Mandy Klauck
Mandy Klauck ist Chemieingenieurin und erforscht die thermodynamischen Eigenschaften von binären und höherkomponentigen Gas- und Flüssigkeitsmischungen im Phasengleichgewicht. Die Eigenschaften der Mischungen aus beliebig vielen Komponenten sollen mit Hilfe von geeigneten Modellen unter Nutzung der Reinstoffeigenschaften vorausberechnet werden, um industriell relevante chemische Prozesse wie Rektifikation oder Extraktion zu optimieren. Neben Fluidphasen untersucht Mandy Klauck auch Systeme unter Einbeziehung von festen Grenzflächen, an denen Adsorptionsprozesse stattfinden. Die experimentellen und theoretischen Arbeiten auf diesem Gebiet dienen vorrangig der Analyse von porösen Festkörperstrukturen, wie sie z.B. in Katalysatoren oder in Membranen vorkommen.
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Dr. Susanne Kreim
Wäre Gold so häufig auf der Erde vertreten wie Eisen, wäre es wohl kaum zu dem Ruhm gelangt, den ihm seine Seltenheit beschert hat. Jedoch waren bei der Entstehung des Universums die Weichen anders gestellt. Wäre auch nur eine Stellschraube in der kosmischen Elementküche minimalst verändert worden, dann wäre Eisen ein sehr seltenes Element und vielleicht begehrt wie Gold. Antworten darauf sucht Susanne Kreim durch Anwendung atomphysikalischer Techniken, womit sie die Kernstruktur von extrem seltenen, kurzlebigen Kernen untersucht, die am CERN in Genf produziert werden. Mit dem Penningfallen Massenspektrometer ISOLTRAP kann die Masse eines radioaktiven Ions so genau vermessen werden, dass die Ergebnisse Aufschluss über diese und weitere fundamentale Fragestellungen liefern kann.
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Dr. Larissa Lorenz
Wie können wir zunehmende globale Mobilität mit knapperen Ressourcen sicherstellen? Wie sehen langfristige Alternativen zum Kerosin aus? Wann werden Flugzeuge elektrisch fliegen? Mit solchen Fragen beschäftigt sich Larissa Lorenz am Bauhaus Luftfahrt e.V., einem interdisziplinären Think Tank zur Zukunft der Luftfahrt. Ihr besonderes Interesse gilt grundlegenden physikalischen Prinzipien des Fliegens sowie der richtigen Festlegung von Systemgrenzen in Flugantrieben. Damit lässt sich das Potential neuer Technologien, die im Labor entwickelt oder in anderen Industrien bereits getestet werden, für den Einsatz im Flugzeug der Zukunft abschätzen. Dabei besteht die Herausforderung darin, ökonomische, technische, ökologische und gesellschaftliche Anforderungen an die Luftfahrt zusammenzuführen.
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Jun.-Prof. Dr. Martina Müller
Computer schneller, effizienter und energiesparender zu machen – dieser Aufgabe hat sich Dr. Martina Muüller verschrieben. Die Physikerin leitet eine Helmholtz-Young Investigators Group am Forschungszentrum Jülich im Bereich „Oxide Spintronics“. Das Ziel ihrer Forschung ist es, komplexe magnetische Oxide auf atomarer Ebene zu kontrollieren. Dazu nutzt sie die physikalischen Eigenschaften der Oxide, um Elektronenspins – das ist die kleinste Einheit des Magnetismus – schneller und energiesparender zur Datenverarbeitung zu nutzen. Um dabei ein fundamentales Verständnis der nanoelektronischen Prototypen zu bekommen, untersucht das Team deren physikalische Eigenschaften auf subatomarer Skala mit hochenergetischer Röntgenstrahlung, die extrem genaue Einblicke in die Welt der Atome ermöglicht.
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Dr. Nadine Neumayer
Nadine Neumayer untersucht als Astronomin welche Rolle Schwarze Löcher bei der Entwicklung von Galaxien spielen. Sie beschäftigt sich mit der Frage zu welchem Zeitpunkt in der Entwicklung einer Galaxie ein massereiches Schwarzes Loch gebildet wird, und welche Bedingungen dazu nötig sind. Um die Frage zu beantworten, ob alle Galaxien zentrale Schwarze Löcher besitzen, untersucht sie systematisch diejenigen Galaxien, die sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden. Häufig beobachtet man in diesen jungen Galaxien einen sehr dichten, massereichen Sternhaufen im Zentrum, den „nuclear star cluster". Nadine Neumayer untersucht den Aufbau und die Entwicklung dieser zentralen Sternhaufen, die uns Aufschluss darüber geben können, wie Schwarze Löcher ins Zentrum von Galaxien gelangen.
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Dr. Mehtap Özaslan
Die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid (CO2) in neue Energieträger und kleine organische Basismoleküle für die chemische Industrie, die energieeffiziente Spaltung von Wasser sowie die elektrochemische Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie mittels Brennstoffzelle. Mit diesen Themen für die zukünftige Energieversorgung und -umwandlung befasst sich Mehtap Özaslan als Wissenschaftlerin am Paul-Scherrer Institut in der Schweiz. Die Elektrochemikerin erforscht neue Materialien, designt und testet innovative Katalysatorkonzepte. Mittels modernen, hochauflösenden in-situ und ex-situ Methoden werden die Katalysatoren unter realen Reaktionsbedingungen untersucht. Ziel ist es durch ein besseres Verständnis der atomaren Prozesse neue Katalysatoren zu entwickeln.
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Dr. Bérengère Parise
Wie konnten sich komplexe Moleküle während der Entstehung unserer Sonne entwickeln? Und haben diese Moleküle bei der Entwicklung des Lebens auf der Erde eine Rolle gespielt? Bérengère Parise und ihre Emmy-Noether Gruppe am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn interessieren sich dafür, wie Sterne wie unsere Sonne entstehen, und welche chemischen Prozesse dabei ablaufen. Dafür führen sie Beobachtungen mit den derzeit besten Millimeter- und Submillimeter-Wellenlängen-Teleskopen durch, werten die Ergebnisse der Beobachtungen aus und entwickeln numerische Simulationen. Bérengère Parise hat gerade einen Ruf an die Cardiff University in Wales erhalten und wird dort ab September 2013 ihre Forschung fortsetzen.
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Dr. Julia Pongratz
Julia Pongratz erforscht am Max-Planck-Institut für Meteorologie, wie wir Menschen durch Landnutzung das Klima verändern. Mehr als die Hälfte der Landoberfläche wird für Land- und Forstwirtschaft genutzt – Tendenz steigend aufgrund von Bevölkerungswachstum und verstärkter Nutzung von Bioenergie. All diese Aktivitäten führen zu Abgabe und Aufnahme von Treibhausgasen wie Kohlendioxid, aber auch zu lokalen Veränderungen im Energie- und Wasserhaushalt der Landoberfläche. Mit Hilfe numerischer Klimamodelle führt Julia Pongratz diese vielfältigen Effekte zusammen und untersucht Landnutzungsmaßnahmen hinsichtlich ihres Potentials, dem Klimawandel auf lokaler wie globaler Ebene entgegenzuwirken.
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Dr. Julia Repper
Julia Repper arbeitet auf dem Gebiet der experimentellen Materialforschung. Die Physikerin untersucht hier die Zusammenhänge zwischen den strukturellen Eigenschaften von Metallen und ihren inneren Spannungen. Um diese sogenannten Eigenspannungen zu bestimmen misst sie den Winkel, den Neutronen durch die zu untersuchende Probe von ihrer ursprünglichen Flugbahn abgelenkt werden. Julia misst dabei sowohl statische Eigenspannungen als auch sich ändernde Spannungszustände, wie sie z.B. während der mechanischen Verformung von Metallen entstehen. Dazu nutzt sie bestehende Neutroneninstrumente aber entwickelt sie auch weiter um neue, spannende Experimente durch zu führen.
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Dr. Katrin R. Siefermann
Wie können Solarzellen effizienter gemacht werden? Warum altern Batteriesysteme? Wie lassen sich Kunststoffe mit Licht heilen? Diesen Fragen geht Katrin Siefermann mit hochentwickelten Femtosekunden-Lasern auf den Grund. In ihren Experimenten macht sie dabei die Prozesse sichtbar, die auf kleinster Ebene ablaufen; d.h. auf molekularer und atomarer Ebene. Mit diesen Informationen lassen sich beispielsweise die einzelnen Prozesse in Solarzellen verstehen und optimieren, sodass insgesamt eine höhere Effizienz erreicht werden kann. Auf diese Weise leistet Katrin Siefermann einen wichtigen Beitrag zum fundamentalen Verständnis und letztlich zur Weiterentwicklung zukunftsweisender Technologien.
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Dr. Vernesa Smolcic
Als Astrophysikerin erforscht Vernesa Smolcic grundlegende Fragen zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Dazu nutzt sie Beobachtungen mit großen Teleskopen auf der Erde, wie dem Jansky Very Large Array in den USA, dem Very Large Telescope in Chile, dem Australian Telescope Compact Array, und im Weltall, u.a. dem Hubble Space Telescope, dem Spitzer Infrarotteleskop, oder dem Chandra Röntgenteleskop. Ihre Expertise liegt dabei in Beobachtungen im Radio- bis Mikrowellenlängenbereich, und der momentane Schwerpunkt ihres Interesses bei der Entstehung der massereichsten Galaxien im frühen Universum.
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Dr.-Ing. Carola Winzen
Dass es Situationen gibt, in denen man durch eine zufällige Entscheidung schneller ans Ziel gelangen kann, wissen Informatiker und Mathematiker schon lange. Die Struktur solcher Probleme, die ein randomisiertes Vorgehen bevorteilen, ist jedoch weitestgehend unbekannt. Carola Winzen, Humboldt-Stipendiatin an der Universität 7 in Paris und Postdoktorandin am Max-Planck-Institut für Informatik in Saarbrücken, hat sich zum Ziel gesetzt dieses Phänomen genauer zu verstehen. Dazu untersucht sie mit mathematischen Methoden die Komplexität von algorithmischen Problemen der Informatik. Dabei steht die Entwicklung neuer Algorithmen ebenso im Vordergrund wie die Komplexitätstheorie, d.h. die Beschäftigung mit dem bestmöglichen Ressourcenverbrauch zur Lösung von Optimierungsaufgaben.