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UA Ruhr News Center:

Quantenpunkte sind kleine Inseln in Halbleitern, in die sich einzelne Elektronen einsperren lassen. Eines Tages könnten sie die Informationseinheit für Quantencomputer bilden. Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben wichtige neue Erkenntnisse über sie gewonnen, die jetzt als Highlightartikel in der Fachzeitschrift „Physical Review B“ veröffentlicht wurden.

Indem die Physiker im Profilschwerpunkt Materials Chain der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) die Halbleiter-Eigenschaften fein justiert einstellten, erzeugten sie langlebige Energiezustände im Inneren der Quantenpunkte. Dr. Arne Ludwig (RUB): „Normalerweise sind diese zu instabil, um vermessen zu werden.“ Weil Quantenpunkte nur rund zehn Nanometer groß sind, können sich die Elektronen im Inneren nur sehr eingeschränkt bewegen. Prof. Dr. Björn Sothmann (UDE) ergänzt: „Dadurch kann die Energie in einem Quantenpunkt nicht kontinuierliche Werte haben. Die Elektronen nehmen stattdessen nur ganz bestimmte Energieniveaus ein – ähnlich wie in Atomen, in denen die Elektronen bestimmte Schalen besetzen.“

Normalerweise befindet sich ein Quantenpunkt im thermodynamischen Gleichgewicht; das heißt, die enthaltenen Elektronen besetzen die verfügbaren Energiezustände nacheinander vom niedrigsten zum höchsten. Mithilfe der sogenannten Kapazitäts-Spannungs-Spektroskopie lassen sich diese Energieniveaus messen. Zustände im Nichtgleichgewicht – in denen die Elektronen also die normalen Regeln für die Besetzung der Energieniveaus nicht befolgen – konnten mit dieser Methode bislang nicht detektiert werden. Genau das gelang nun dem UDE/RUB-Team.

„Nichtgleichgewichtsprozesse sind für das Maßschneidern von Materialien für bestimmte technische Anwendungen sehr nützlich“, erklärt Andreas Wieck, Koautor und Leiter des RUB-Lehrstuhls für Angewandte Festkörperphysik. „Sie können aber auch fatal sein. Daher sind Kenntnisse über die Erzeugung und Kontrolle dieser Prozesse wichtig.“


Paare aus Elektronen und Elektronenlöchern erzeugt

Entscheidend war, die instabilen Nichtgleichgewichtszustände lang genug am Leben zu halten, um sie messen zu können. Für ihre Versuche stellten die Forscher Quantenpunkte in einem Halbleiter mit fein justierten Materialeigenschaften her. In den Quantenpunkten erzeugten sie Paare aus Elektronen und Löchern, wobei Letztere durch das gezielte Entfernen einzelner Elektronen entstehen und im Festkörper als Antiteilchen der Elektronen angesehen werden können. Treffen Elektron und Loch aufeinander, löschen sie sich gegenseitig aus. Die dabei frei werdende Energie wird in Form eines Photons, also eines einzelnes Lichtteilchens, abgestrahlt. Das umgekehrte Phänomen nutzten die Forscher für die Herstellung der Elektronen-Loch-Paare: Sie bestrahlten den Quantenpunkt mit Licht, was im Inneren Elektronen und Löcher entstehen ließ.

Die Materialstruktur der Quantenpunkte und ihrer Umgebung hatten die Physiker so maßgeschneidert, dass sie mit den Elektronenlöchern nun gezielt einzelne Elektronen auslöschen konnten. Dabei blieben Elektronen im Nichtgleichgewichtszustand übrig, also solche Elektronen, die untypische Energieniveaus besetzen. Diese Zustände vermaß das Team mit der Kapazitäts-Spannungs-Spektroskopie. Ergänzend zu den Experimenten erstellten die Wissenschaftler ein Modell, das die Messungen der Nichtgleichgewichtszustände theoretisch beschreibt.

„Die experimentellen Ergebnisse als Nichtgleichgewichtsphänomene zu interpretieren lag auf der Hand“, sagt der Bochumer Erstautor Sascha Valentin. „Ein physikalisches Modell zu entwickeln bedeutete allerdings größere Klimmzüge, die nur mithilfe unserer theoretisch arbeitenden Kollegen zu bewältigen waren.“ „Überraschenderweise haben wir dabei auch herausgefunden, dass ein etabliertes Modell, welches die Dynamik der Vermessung von Gleichgewichtsprozessen beschreibt, korrigiert werden muss“, ergänzt Arne Ludwig.


Materials Chain
Der Profilschwerpunkt Materials Chain der Universitätsallianz Ruhr vereint das Know-how von mehr als 200 Forschungsgruppen im Ruhrgebiet; darunter international renommierte Experten und hochqualifizierte Nachwuchswissenschaftler. Die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Dortmund, die Universität Duisburg-Essen und ihre Partner bieten eine Vielzahl von Forschungseinrichtungen – von der Charakterisierung in atomarer Auflösung bis zur Komponentenfertigung –, die alle Bereiche der Materials Chain abdecken.

Weitere Informationen:
Physical Review B, 2018
Dr. Arne Ludwig, RUB/Lehrstuhl für Festkörperphysik, Tel. 0234/32-25864, arne.ludwig@rub.de
Prof. Dr. Björn Sothmann, UDE/Theoretische Physik, Tel. 0203/379-1578, bjoerns@thp.uni-due.de

Gemeinsam besser: Das Motto der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) hat sich erneut bestätigt bei einer aktuellen Ausschreibung der VolkswagenStiftung. Diese bewilligte jetzt acht Promotionskollegs, um Wissenschaft und berufliche Praxis auf dem Weg zum Doktortitel stärker miteinander zu verzahnen. Zwei dieser Nachwuchsforscherschmieden kommen an die UA Ruhr.

MEDAS 21: Entwicklungszusammenarbeit in den Medien
Die Flüchtlingskrise beschäftigt die Deutschen wie derzeit kaum eine andere Frage – wie aber gehen die Medien in den Herkunftsländern der Migranten mit der Thematik um? Welche Rahmenbedingungen haben Einfluss darauf, dass Medien beispielsweise in Afrika nicht ausreichend über Korruption, politische Krisen und bewaffnete Konflikte berichten können – all jene Faktoren, die die Geflüchteten aus den Ländern treiben? Und wo kann der Westen ansetzen, um in diesen Staaten im Umbruch besseren Journalismus, und damit mehr Qualität und Objektivität in der Berichterstattung, zu fördern?

Dies sind Kernfragen des neuen Forschungskollegs der kommunikationswissenschaftlichen Institute der UA Ruhr: MEDAS 21 („Global Media Assistance: Applied Research, Improved Practice in the 21 Century“). Das Projekt wird mit ca. 1,7 Millionen Euro gefördert. Antragsteller sind Prof. Dr. Susanne Fengler (Technische Universität Dortmund), Prof. Dr. Barbara Thomaß (Ruhr-Universität Bochum) sowie Prof. Dr. Jens Loenhoff (Universität Duisburg-Essen).

„Unser Kolleg verzahnt die internationale Kommunikationswissenschaft und Journalistik mit praxisrelevanten Fragestellungen in der Medienentwicklungshilfe“, erläutert die Hauptantragstellerin des Kollegs, Prof. Dr. Susanne Fengler. „Der Ansatz verspricht neue Erkenntnisse für die systematische Analyse der sich wandelnden Rahmenbedingungen der Medienentwicklungskooperation, sei es nun im gesellschaftspolitischen, wirtschaftlichen oder technologischen Bereich.“

Die Doktoranden verbringen eine bis zu einjährige Praxisphase bei renommierten Stiftungen und NGOs – und sammeln auf diesem Weg zusätzlich wertvolle Praxiserfahrung. Partner des Projekts sind die Deutsche Welle Akademie, die Friedrich-Ebert- und Konrad-Adenauer-Stiftung, die African Media Initiative, Media in Cooperation and Transition (MiCT) sowie der Catholic Media Council und die schweizerische Fondation Hirondelle.

Möglich wurde der Antragserfolg bei der VolkswagenStiftung insbesondere auch durch eine mehrjährige Förderung der Zusammenarbeit der drei Medien-Institute durch das Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) in der Graduiertenschule “School of International and Intercultural Communication” (SIIC).

Drehbücher für die postindustrielle Stadtentwicklung
Jubeln können auch die Nordamerika-Expert/innen des Ruhr Center of American Studies: Im neuen Forschungskolleg „Scripts for Postindustrial Urban Futures: American Models, Transatlantic Interventions“ wollen die Geisteswissenschaftler/innen gemeinsam herausfinden, mit welchen Strategien sich die „alten“ amerikanischen und deutschen Kohle-, Stahl- und Auto-Städte neue, wegweisende Zukunftsszenarien erarbeiten können. Um das Stadtmarketing detaillierter zu untersuchen, werden demnächst acht Nachwuchsforschende bis zu ein Jahr lang bei deutschen und nordamerikanischen Unternehmen arbeiten. Im Fokus stehen die Bereiche Stadtverwaltung und -entwicklung, Kultur, Bildung, Transport und nachhaltiges Bauen und Wohnen.

Vor Ort analysieren die Promovierenden gegenwärtige Modelle, Selbstbeschreibungsprozesse und Handlungslogiken – kurz „Scripts“. Diese Drehbücher beinhalten wirkmächtige Geschichten aus der Vergangenheit mit folgenreichen Szenarien für die Zukunft. „Da die Vorlagen sehr oft aus den USA stammen, interessieren wir uns vor allem dafür, wie sie angepasst oder umgeschrieben werden müssen, damit sie als Stadtentwicklungs-Modelle greifen“, erklärt Prof. Dr. Barbara Buchenau, die Sprecherin des Kollegs.

Dieses originelle Forschungs- und Ausbildungskonzept fördert die VolkswagenStiftung bis 2022 mit gut 1,7 Millionen Euro. Wissenschaftlich getragen wird das Promotionskolleg durch: Barbara Buchenau, Jens Martin Gurr und Josef Raab (Universität Duisburg-Essen); Walter Grünzweig und Randi Gunzenhäuser (Technische Universität Dortmund) sowie Kornelia Freitag und Michael Wala (Ruhr-Universität Bochum). Aus der beruflichen Praxis sind folgende Unternehmen an dem Kolleg beteiligt:
•    für Entwicklungen im Bereich creative city die Kultureinrichtung Dortmunder U, der Regionalverband
      Ruhr, das Tía Chucha’s Centro Cultural in Los Angeles
•    für Entwicklungen im Bereich inclusive city die Bildungsinitiative RuhrFutur, die Kulturkooperative
      Quilomboarte in New York und die California State University Northridge
•    für Entwicklungen im Bereich sustainable city das Öko-Zentrum NRW, das Umweltamt Essen und die
     Grüne Hauptstadt Europas, die Stadtentwickler Zachary & Associates aus Detroit, die Duisburger
     Hafen AG sowie die Stiftung Zollverein.

Möglich wurde der Antragserfolg bei der VolkswagenStiftung insbesondere auch durch eine mehrjährige Förderung der Zusammenarbeit durch das Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) im Forschungsprojekt “Spaces – Communities – Representations: Urban Transformations in the U.S.A.” (2012-2015).

Promotionskollegs der VolkswagenStiftung
Mit ihrer Ausschreibung möchte die VolkswagenStiftung strukturverändernd auf die Promotionskonzepte in den Geistes-, Kultur- und Gesellschaftswissenschaften wirken. Deshalb unterstützt sie Forschungskollegs mit Pilotcharakter, in denen Nachwuchswissenschaftler(innen) Einblicke in verschiedene Berufsfelder erhalten und sich so während der Promotion auch für eine außeruniversitäre Tätigkeit qualifizieren können. Mit ihrer einmaligen Ausschreibung "Wissenschaft und berufliche Praxis in der Graduiertenausbildung" möchte die VolkswagenStiftung einen Perspektivenwechsel anregen, der sich mehr an den praxisbasierten Promotionen im angelsächsischen Raum orientiert. Förderchancen hatten nur die Kolleginitiativen, in denen die außerwissenschaftliche Berufspraxis Teil der promotionsthematischen Arbeit sind.

Weitere Informationen:

Postindustrial Urban Futures:
http://portal.volkswagenstiftung.de/search/projectDetails.do?ref=93500

MEDAS 21:
http://portal.volkswagenstiftung.de/search/projectDetails.do?ref=93526


Bei der gemeinsamen Vortragsreihe der in der UA Ruhr zusammengeschlossenen Universitäten TU Dortmund und der Ruhr-Universität Bochum (RUB) spricht der Kabarettist am Montag, den 22. Januar 2018, um 16:15 Uhr zum Thema „Wissenschaft vor der Kamera“. Der Mediziner, Kabarettist, Buchautor und Moderator berichtet über seine langjährigen Erfahrungen auf der Bühne und die humoristische Vermittlung von (medizinischem) Wissen.

Dr. Eckart von Hirschhausen studierte Medizin und Wissenschaftsjournalismus in Berlin, London und Heidelberg. Seit über 20 Jahren vermittelt er medizinische Inhalte humorvoll auf der Bühne und in diversen Medien. So tourt er regelmäßig mit seinen Programmen durch die Republik, ist Gastgeber verschiedener Fernsehformate wie „Hirschhausens Quiz des Menschen“ und schreibt verständliche und humorvolle Sachbücher zu Medizin-Themen. Mit seiner Stiftung HUMOR HILFT HEILEN setzt er sich für mehr Lachen im Krankenhaus ein und unterstützt verschiedene Forschungs- und Schulprojekte.

"Die Wissensmacher"
Die Gastvortragsreihe „Die Wissensmacher“ findet seit dem Wintersemester 2003/04 regelmäßig an den beiden UA Ruhr-Universitäten statt. Sie ist eine gemeinsame Veranstaltung des Bereichs Wissenschaftsjournalismus am Institut Journalistik der TU Dortmund mit der Medizinischen Fakultät und dem Dezernat Hochschulkommunikation der RUB. Renommierte Wissenschaftsjournalistinnen und -journalisten sowie Expertinnen und Experten aus Pressestellen und der Wissenschaftskommunikation beantworten Fragen nach aktuellen Trends, Aufgaben und Herausforderungen. Zudem geben sie Einblicke in verschiedene Arbeitsfelder und die Praxis unterschiedlicher Medien. Ein Ziel des Studiengangs Wissenschaftsjournalismus ist es, Forschung und Lehre mit der journalistischen Realität in Redaktionen zu verknüpfen.

Zu dem Vortrag von Dr. Eckart von Hirschhausen sind Interessierte herzlich eingeladen.

Ort: TU Dortmund Campus Nord, Hörsaal I, Emil-Figge-Straße 50, 44227 Dortmund