Institute und Experten

Mithilfe ultrakurzer Laserpulse können heute lichtinduzierte chemische Prozesse mit extrem hoher Zeitauflösung vermessen werden. Die meisten chemischen Reaktionen werden jedoch nicht durch Licht, sondern durch Stöße ausgelöst. Werden zeitaufgelöste Stoßexperimente durchgeführt, ist man entsprechend auf extrem kurze Atom- bzw. Molekülpulse angewiesen. Sehr intensive ultrakurze Wasserstoffatompulse wurden erstmals durch Bündelung auf 1,2 Nanosekunden komprimiert.

2D-Eiseninseln mit wenigen tausend Atomen zeigen eine neuartige magnetische Ordnung auf der Nanometerskala, die erstmals mit der Spin-polarisierten Rastertunnelmikroskopie aufgeklärt wurde. Die lokale Magnetisierungsrichtung im Eisen dreht sich auf einer Strecke von nur fünf Atomabständen um 360 Grad. Diese für Eisen ungewöhnliche magnetische Ordnung ist eine Folge der reduzierten Dimensionalität der Eisennanostruktur. Deren strukturelle Relaxation verändert die spinabhängige Wechselwirkung zwischen den Elektronen und dies verursacht eine nicht-kollineare Ausrichtung benachbarter Spins.

Die Autophagozytose als wichtiger Selbstverdauungsprozess in Zellen spielt sich in Autophagosomen ab – Zellorganellen, die von einer Lipiddoppelmembran umhüllt sind. Sie werden in einem komplizierten Zusammenspiel zwischen Lipiden und Proteinen aufgebaut, streng reguliert durch ein Netzwerk von Signalwegen. Die Verwendung chemischer Sonden, vor allem chemisch modifizierter Proteine und kleiner Moleküle, erlaubt es Forschern, die Regulationsmechanismen der Autophagozytose und die molekulare Basis der Autophagosomenbildung besser zu verstehen, als es durch herkömmliche Methoden möglich ist.

Selbstreinigende Oberflächen nutzt die Natur schon lange. Auf Lotusblättern sorgen Mikrostrukturen dafür, dass Wasser abperlt und Schmutz mitnimmt. Wesentlich schwieriger ist dieser Effekt bei öligen Substanzen erreichbar. Im Labor gelingen neuerdings Oberflächen, die zugleich Wasser, Öle oder sogar menschliches Blut abweisen. Damit werden neue Anwendungen denkbar, wie die Lösungsmittel-freie Synthese polymerer Partikel oder die Herstellung effizienterer Gasmembranen.

Von der Biologie bis zur Fotovoltaik ist die Entstehung von makromolekularen Strukturen und deren Funktionalität das Ergebnis von Nichtgleichgewichtsprozessen. Obwohl von zentraler Bedeutung, fehlt ein grundlegendes molekulares Verständnis dieser Prozesse. Die Entwicklung der letzten Jahre ermöglicht es nun, solche Prozesse über viele Zeit- und Längenskalen zu verfolgen. MolProComp greift diese Entwicklung auf und wird Computersimulationsmethoden entwickeln, die auf die Analyse, die Kontrolle und die Manipulation solcher Prozesse abzielen.