Vorträge im WS 2011/2012

Prof. Dr. T.Buzug, Institut für Medizintechnik - Uni Lübeck

Magnetic Particle Imaging (7. Februar 2012)

Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein neues Bildgebungsverfahren, mit dem sich die lokale Konzentration von magnetischen Nanopartikeln quantitativ sowohl mit hoher Empfindlichkeit, als auch mit hervorragender räumlicher Auflösung in Echtzeit darstellen lässt. Diese Vorteile gegenüber etablierten Verfahren, die oft nur einen der Bereiche abdecken können oder nicht quantitativ sind, lassen ein hohes klinisches Potenzial in vielen Anwendungen erwarten. Die Grundidee besteht in der Nutzung der nichtlinearen Magnetisierungskurve der Partikel. Das Verfahren nutzt dazu zwei überlagernde Magnetfelder, zum einen ein statisches Selektionsfeld, zum anderen ein dynamisches Wechselfeld. Werden die Nanopartikel in das Wechselfeld gebracht, erzeugen sie eine nichtlineare Magnetisierung, die mit einer Empfangsspule gemessen werden kann. Aufgrund der Nichtlinearität enthält das gemessene Signal neben der Grundfrequenz des Wechselfelds auch Harmonische, also Schwingungen mit einem Vielfachen der Grundfrequenz. Nach Separation der Harmonischen von dem eingespeisten Grundsignal, kann die Konzentration der Nanopartikel ermittelt werden. Eine örtliche Kodierung wird durch das statische Selektionsfeld erreicht. Als Tracer kommen nanopartikuläre Systeme aus Eisenoxid zum Einsatz. Die Rekonstruktion besteht beim Magnetic Particle Imaging in der Lösung des inversen Problems, bei dem zu den gemessenen induzierten Spannungen, die Konzentrationsverteilung der Nanopartikel bestimmt werden muss. Die Beziehung zwischen beiden Größen wird durch eine entsprechende Systemfunktion beschrieben.
 
Prof. Dr. C.Franck, High Voltage Laboratory - ETH Zürich

Technologien für die zukünftige elektrische Energieübertragung (31. Januar 2012)

Die Klimadiskussion und die Ereignisse von Fukushima rücken die Energieversorgung zunehmend stärker in das Bewusstsein der Öffentlichkeit. Erklärtes Ziel vieler Regierungen ist es einen möglichst grossen Anteil „neuer erneuerbarer Energiequellen” zu nutzen. Der elektrischen Energie kommt dabei eine Schlüsselrolle zu, da diese Energieform Vorteile bei der Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Nutzung hat. Zwischen den Standorten mit gutem Wind- oder Solarenergiepotential und den grossen Lastzentren liegen allerdings in der Regel einige 100 bis 1000km. Eine Nutzung dieser Standorte erfordert somit auch einen Ausbau der Energieübertragungskapazität. In dem Vortrag wird das heutige Energieübertragungsnetz beschrieben und gezeigt, warum die nötige Kapazitätserhöhung nicht allein durch einen Ausbau realisiert werden kann sondern auch neue Technologien genutzt werden müssen. Verschiedene Optionen für zukünftige Übertragungstechnologien werden miteinander verglichen, ihre Funktionsweise erklärt und gezeigt, welche Herausforderungen in Forschung und Entwicklung noch gelöst werden müssen.
 
Prof. Dr. Fedor Jelezko, Institut für Quantenoptik, Universität Ulm

Manipulating single spins in diamond: quantum computing and atomic magnetometry (24. Januar 2012)

Diamond is not only the king gemstone, but also a promising material in modern technology (which holds a promise to replace silicon) owing to unprecedented thermal conductivity, high charge carrier mobility and chemical inertness. Less known is that defects in diamond can be used for quantum information processing. Owing to their remarkable stability, colour centers in diamond have already found an application in quantum cryptography. In this talk I will discuss recent progress regarding spin-based quantum information processing and atomic magnetometry.
 
Prof. Dr. U.Stroth, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik - Garching

Strukturbildung in der Plasmaturbulenz (17. Januar 2012)

Plasmen existieren häufig weit entfernt von einem thermischen Gleichgewicht. In Sternen oder Fusionsplasmen findet die Heizung im Plasmazentrum statt und damit räumlich getrennt von den Energiesenken am Plasmarand, wodurch sich steilen Druckgradienten aufbauen können. Selbst wenn diese Plasmen in einem magnetohydrodynamischen (MHD-) Gleichgewicht sind, so entwickeln sie doch Instabilitäten auf mikroskopischen Skalen und daraus, über die Nichtlinearitäten der MHD-Gleichungen, turbulente Zustände. Die mit der Turbulenz verbundenen Fluktuationen in Dichte, Temperatur und elektrostatischem Potential sind letztlich verantwortlich für die an Plasmen beobachteten Diffusions- und Wärmeleitungskoeffizienten. Nicht trennbar von der Mikroturbulenz ist ihre Wechselwirkung mit Plasmaströmungen auf makroskopischen Skalen. Turbulente Fluktuationen sind in der Lage verscherte Strömungen (Zonal Flows) anzutreiben, wogegen Scherströmungen auf die Turbulenz rückwirken und diese stabilisieren können. Dieses faszinierende Wechselspiel kann zur spontanen Ausbildung von großskaligen Strukturen führen, die sowohl in Fusionsplasmen also auch in stellaren Objekten effiziente Barrieren für den Transport darstellen. Der Vortrag gibt einen Überblick von der Turbulenzentstehung bis zur Bildung von geordneten Strukturen die sich als Transportbarrieren erweisen können, und er stellt theoretische Modelle experimentellen Ergebnissen gegenüber, die an dem Stuttgarter Stellaratorexperiment TJ-K und an großen Fusionsanlagen wie ASDEX Upgrade gewonnen wurden.
 
Prof. Dr. Ulrich Stimming, Physik-Department - TU München

Molecular Processes and System Aspects in Electrochemical Energy Technology (20. Dezember 2011)

Energy conversion plays a vital role in highly developed industrialized societies. Having arrived at a point where fossil fuels cannot be used anymore in the same way as before, energy storage and energy management become equally important to energy conversion. As a consequence, system design has to follow the principles of efficiency, sustainability, CO2 minimization and others, in addition to the aspect of prize. Examples will be given for stationary and mobile systems involving different primary energy carriers. In these systems fuel cells will be the central part for energy conversion. Fuel cells can operate under quite different temperature conditions, e.g. PEMFC and SOFC in a range from 80°C to 1000°C, respectively. In particular, an example about the use of hydrogen as secondary energy carrier will be discussed. A major aspect in electrochemical processes are power and efficiency for which the rate of the process at a given voltage are determining: This is directly connected with electrocatalysis. Examples will be given for the structural characterization of catalyst particles and how local reaction rates at nanoparticles can be investigated, both by using in-situ Scanning Probe Microscopy (SPM) techniques. Especially the relation of physical and chemical parameters for the effectiveness of a catalyst will be explored. In particular, the influence of the support of a catalyst particle will be explored. The implications for the catalyst development in electrochemical energy technology will be discussed.
 
Prof. Dr. Jose Funes, S.J., Direktor der Vatikanischen Sternwarte, Citta del Vaticano

Galaxy Evolution in the Local Universe (6. Dezember 2011)

Galaxies are the building blocks of the universe, tracers of cosmic evolution over the last 13 billion years. They are also the crossroads of astrophysics, the true link between the present universe we observe and the properties of the early universe. Observations of star formation rates (SFRs) in galaxies are key probes of the evolutionary histories of galaxies. I will discuss some results of the 11 HUGS (11 Mpc H-alpha and Ultraviolet Galaxy Survey), an imaging program of a volume-limited sample of 400 spiral and irregular galaxies within a distance of 11 Mpc. The goal of this survey is to characterize the local population of star-forming galaxies.
 
Prof. Dr. Robi Banerjee, Hamburger Sternwarte - Universität Hamburg

Evolution and impact of cosmic magnetic fields (15. November 2011)

The origin of the observed magnetic fields in galaxies and galaxy clusters is still an open issue. It is a viable possibility that those fields are of primordial origin or are at least generated during an early evolutionary state of the Universe. If magnetic fields are indeed present before structure formation sets in they could drastically alter the subsequent evolution. For instance, weak magnetic seed fields will be strongly amplified during the formation of the first stars by the small scale turbulent dynamo. This in turn could influence the fragmentation behaviour of the subsequent primordial protostellar discs changing the recent paradigm shift, which allows for low-mass Pop III stars, again. In this talk I will discuss the evolution of cosmic magnetic fields throughout the different epochs of the Universe and address their impact on the thermal and structural evolution of the Universe. Furthermore, I will discuss how we can infer constraints of their strength from the epoch of re-ionization.
 
R. J. Dwayne Miller, Max Planck Research Group for Atomically Resolved Dynamics, Department of Physics, University of Hamburg and Centre for Free Electron Laser Science, DESY

"Making the Molecular Movie": First Frames…..Coming Soon with REGAE Musik (8. November 2011)

Femtosecond Electron Diffraction has enabled atomic resolution to structural changes as they occur, essentially watching atoms move in real time ? directly observe transition states. This experiment has been referred to as "making the molecular movie" and has been previously discussed in the context of a gedanken experiment. With the recent development of femtosecond electron pulses with sufficient number density to execute single shot structure determinations, this experiment has been finally realized. A new concept in electron pulse generation was developed based on a solution to the N-body electron propagation problem involving up to 10,000 interacting electrons that has led to a new generation of extremely bright electron pulsed sources that minimizes space charge broadening effects. Previously thought intractable problems of determining t=0 and fully characterizing electron pulses on the femtosecond time scale have now been solved through the use of the laser pondermotive potential to provide a time dependent scattering source. Synchronization of electron probe and laser excitation pulses is now possible with an accuracy of 10 femtoseconds to follow even the fastest nuclear motions. The camera for the “molecular movie” is now in hand. Several movies depicting atomic motions during passage through structural transitions will be shown. Atomic level views of the simplest possible structural transition, melting, will be presented for a number of systems in which both thermal and purely electronically driven atomic displacements can be correlated to the degree of directional bonding...
 
Paul van Loosdrecht, Optische Physik der kondensierten Materie - Uni Groningen

Optically induced phenomena in complex matter (1. November 2011)

Traditionally, optical experiments have been one of the most powerful methods to study and understand the physical properties of condensed matter. Advances in recent decennia have shown that photons are not always mere spectators and that they can cause drastic changes in the physical properties of materials, opening new avenues to control matter. In this talk I will review some recent experiments aiming at controlling the properties of materials through photon excitation and even creating new states of matter. At the end of the talk I will briefly discuss the new possibilities which are currently opening up with the advent of the Xray laser facilities throughout the world, with emphasis on the dutch plans to build a seeded soft-X-ray laser (ZFEL).
 
Prof. Dr. Rolf Kudritzki, Institute for Astronomy, University of Hawaii at Manoa

Distances to Galaxies with the Brightest Stars in the Universe (18. Oktober 2011)

Blue Supergiants (BSGs) are the brightest stars in the universe at visual light, a million times as luminous as the sun. They are ideal stellar objects for the determination of extragalactic distances. The quantitative spectral analyis of low resolution spectra of individual BSGs provides stellar parameters and chemical composition, which are then used to determine interstellar reddening and extinction from photometry of each individual object. Accurate distances can be determined from stellar gravities and effective temperatures using the "Flux Weighted Gravity - Luminosity Relationship (FGLR)". Most recent results of the quantitative spectral analysis of BSGs in galaxies within and beyond the Local Group based on medium and low resolution spectra obtained with the ESO VLT and the Keck telescopes on Mauna Kea will be presented. The results will be discussed in the light of most recent work on the Hubble constant using pulsating Cepheid stars and supernovae, which claims 3% accuracy. The perspectives of future work will be discussed, in particular, the use of giant ground-based telescopes of the next generation such as the TMT on Mauna Kea and the European-ELT.