Jahrbuch 2013

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Wir diskutieren Anwendungen der 3-dimensionalen Kontakttopologie auf den Raum der Blätterungen durch Flächen. Ohne weitere geometrische Forderungen an die Blätterungen besteht der Raum der Blätterungen aus mehreren Zusammenhangskomponenten. Mit Methoden der algebraischen Topologie ist es einfach zu entscheiden, wann zwei gegebene Blätterungen in der gleichen Zusammenhangskomponente enthalten sind. Dagegen ist der Raum der straffen Blätterungen komplizierter. Wann zwei straffe Blätterungen in der gleichen Zusammenhangskomponente im Raum der straffen Blätterungen liegen, ist bisher kaum bekannt. mehr
Wir diskutieren den Modulraum der Lösungen von Hitchins Selbstdualitätsgleichungen und dessen Zusammenhang mit Darstellungsvarietäten. Anschließend werden neuere Resultate über das Degenerationsverhalten von Lösungen für große Higgsfelder vorgestellt. mehr
Ein in Natur- und Ingenieurwissenschaft häufig vorkommendes Problem ist die Bestimmung von makroskopischen Materialeigenschaften von heterogenen Medien mit mikroskopischen Strukturen. Über Simulationen von repräsentativen Volumenelementen ist es möglich, die Materialeigenschaften zu berechnen. Um dieses möglichst effizient zu tun, sind genaue Fehlerabschätzungen von großem Interesse. Diese können durch Kombination von Ideen aus Analysis und Wahrscheinlichkeitstheorie hergeleitet werden. mehr
Das RZG optimiert komplexe Anwendungscodes aus den Bereichen Plasmaphysik, Astrophysik, Materialwissenschaften und anderen Disziplinen für den Einsatz auf massiv-parallelen Hochleistungsrechnern und bietet Unterstützung beim Datenmanagement für alle Phasen des Lebenszyklus von Forschungsdaten sowie für die Visualisierung und Exploration von Simulationsdaten. Das RZG ist maßgeblich an Projekten auf MPG-, nationaler und europäischer Ebene beteiligt.   mehr
Die Myelinisierung neuronaler Axone durch Oligodendrozyten dient der Erhöhung der Leitgeschwindigkeit und gehört zu den komplexesten Interaktionen von Zellen im zentralen Nervensystem. Wissenschaftler des MPI entdeckten eine neue Funktion der Oligodendrozyten, die Unterstützung des Stoffwechsels von Axonen. Genetische Experimente in der Maus zeigen, dass es sich dabei um den Transfer von energiereichen Metaboliten handelt, die von glykolytischen Oligodendrozyten am Axon freigesetzt werden. Bei erblichen und erworbenen Myelinerkrankungen spielt dieser Transfer eine wichtige Rolle. mehr
Die Fähigkeit eines Tieres, auf Stress zu reagieren, kann in einer ungewohnten und feindlichen Umgebung über Leben und Tod entscheiden. Soojin Ryu erforscht am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung anhand von Zebrafischlarven, wie Stress das Gehirn und das Verhalten verändert. mehr
Erdsystemmodelle berücksichtigen nicht, dass wichtige Pflanzennährstoffe nur in begrenztem Maße zur Verfügung stehen. Das ist problematisch, da etwa ein Drittel der menschlichen Kohlendioxidemissionen von Pflanzen aufgenommen wird, und dies nur geschieht, wenn genügend Nährstoffe vorhanden sind. Die hier vorgestellte Modellstudie berücksichtigt erstmals die Verfügbarkeit von Phosphor und Stickstoff. Sie zeigt, dass eine Vernachlässigung dieser Verfügbarkeit dazu führt, dass Modelle die zukünftige CO2-Aufnahme durch Pflanzen deutlich überschätzen. Dies beschleunigt den Klimawandel.
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Turbulenz durchmischt die atmosphärische Grenzschicht mit der darüberliegenden freien Troposphäre. Dieser Prozess ist insbesondere wichtig, wenn Stratocumulus-Wolken die atmosphärische Grenzschicht bedecken. Details dieses Mischungsprozesses wurden mittels direkter numerischer Simulation untersucht. Insbesondere die Durchmischung aufgrund von Verdunstungsabkühlung und Scherung sowie durch Strahlungsabkühlung der oberen Wolkenschicht wurden separat quantifiziert, was eine Abschätzung der relativen Stärke dieser Prozesse aufgrund von Eigenschaften innerhalb und oberhalb der Wolke ermöglicht. mehr
Um die Aktivität und Diversität von benthischen phototrophen Organismen zu studieren, wurden hochauflösende Methoden zur Analyse von Funktionen und Gemeinschaftsstrukturen entwickelt. Die Diversitätsanalyse fußt auf der Auswertung von mehreren simultan aufgenommenen Spektren durch eine Hyperspektral-Kamera. Inzwischen kann dieses Verfahren autonom in situ und auch in der Tiefsee eingesetzt werden. Geplant ist, diese Technik weiterzuentwickeln, um ökologisch wichtige Stellen des Meeresbodens, wie beispielsweise Korallengebiete und Sedimente unter dem Meereseis, auf Produktivität zu untersuchen. mehr
Methan (CH4) ist ein wichtiges Zwischenprodukt im globalen Kohlenstoffkreislauf. Pro Jahr wird etwa 1 Gt Methan aus Biomasse gebildet und weiter zu CO2 oxidiert. An der Bildung sind vor allem anaerobe Mikroorganismen beteiligt, während an der Oxidation sowohl anaerobe als auch aerobe Mikroorganismen mitwirken. In der Atmosphäre wird Methan, wo es als Treibhausgas wirkt, hauptsächlich durch photochemische Oxidation remineralisiert. Die Untersuchungen zur Biochemie des Methan-Zyklus haben immer wieder zu neuen Entdeckungen geführt. Über zwei kürzlich gemachte Entdeckungen wird hier berichtet. mehr
Eisen-Schwefel (Fe/S) Cluster dienen als Co-Faktoren von Proteinen mit Funktionen in der Enzymkatalyse, dem Elektronentransport und der Regulation der Genexpression. Die Synthese eines Fe/S Clusters und dessen Insertion in Zielproteine ist ein komplizierter Prozess, der in Eukaryoten konserviert ist und mehr als 30 Proteine in Mitochondrien und Cytosol benötigt. Diese Komponenten wurden in ihrer molekularen Funktion in vivo und in vitro untersucht, und ein mechanistisches Modell der Fe/S Proteinbiogenese wurde erstellt. Beim Menschen führen Fehlfunktionen in diesem Prozess zu Erkrankungen. mehr

Elektrisches Feld als Schalter für Nanomagnete

Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik Brovko, Oleg O.; Ruiz-Diaz, Pedro; Dasa, Tamene R.; Stepanyuk, Valeri S.
Nanomagnete sind heutzutage das grundlegende Bauelement für Informationsspeicher. Das ständige Bestreben diese Bausteine zu miniaturisieren verlangt nach neueren und effizienteren Methoden winzige magnetische Teilchen und Moleküle sicher und lokal zu kontrollieren. Am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik wird dazu untersucht, wie sich das elektrische Feld auf die Spins der Nanomagnete auswirkt. mehr
Wie können Menschen mit immer vielfältigeren Eigenschaften in den weltweit schnell wachsenden Städten zusammenleben? Wie bilden sich Gemeinsamkeiten und Unterschiede in sozialen und räumlichen Mustern aus, wenn neue Vielfalt auf alte Vielfalt trifft? Ein Projekt am Max-Planck-Institut zur Erforschung multireligiöser und multiethnischer Gesellschaften untersucht den Wandel gesellschaftlicher Vielfalt und ihrer Muster an drei Orten von Superdiversität: New York, Singapur und Johannesburg. mehr
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