HZB Newsroom

Mit Sonnenlicht lässt sich grüner Wasserstoff in photoelektrochemischen Zellen (PEC) direkt aus Wasser erzeugen. Bisher waren Systeme, die auf diesem 'direkten Ansatz' basieren, energetisch nicht wettbewerbsfähig. Die Bilanz ändert sich jedoch, sobald ein Teil des Wasserstoffs in PEC-Zellen in-situ für erwünschte Reaktionen genutzt wird. Dadurch lassen sich wertvolle Chemikalien für die chemische und pharmazeutische Industrie produzieren. Die Zeit für die Energie-Rückgewinnung des direkten Ansatztes mit der PEC-Zelle kann damit drastisch verkürzt werden, zeigt eine neue Studie aus dem HZB.

Solarzellen aus Metallhalogenid-Perowskiten erreichen hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit wenig Energieaufwand aus flüssigen Tinten produzieren. Solche Verfahren untersucht ein Team um Prof. Dr. Eva Unger am Helmholtz-Zentrum Berlin. An der Röntgenquelle BESSY II hat die Gruppe nun gezeigt, wie wichtig die Zusammensetzung von Vorläufertinten für die Erzeugung qualitativ-hochwertiger FAPbI₃-Perowskit-Dünnschichten ist. Die mit den besten Tinten hergestellten Solarzellen wurden ein Jahr im Außeneinsatz getestet und auf Minimodulgröße skaliert.

MXene können große Mengen elektrischer Energie speichern und lassen sich dabei sehr schnell auf- und entladen. Damit vereinen MXene die Vorteile von Batterien und Superkondensatoren und gelten als spannende neue Materialklasse für die Energiespeicherung: Das Material ist wie eine Art Blätterteig aufgebaut, die MXene-Schichten sind durch dünne Wasserfilme getrennt. Ein Team am HZB hat nun an der Röntgenquelle BESSY II untersucht, wie Protonen in diesen Wasserfilmen wandern und den Ladungstransport ermöglichen. Ihre Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und könnten die Optimierung solcher Energiespeichermaterialien beschleunigen.

Eine Weiterentwicklung der Rasterkraftmikroskopie macht es nun möglich, das Höhenprofil nanometerfeiner Strukturen sowie den elektrischen Strom und die Reibungskraft an fest-flüssig Grenzflächen zeitgleich abzubilden. Damit gelang es einem Team am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sowie am Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft, elektrokatalytisch aktive Materialien zu analysieren und Einblicke zu gewinnen, die für die Katalysatoroptimierung hilfreich sind. Die Methode eignet sich darüber hinaus auch, um Prozesse an Batterieelektroden, bei der Photokatalyse oder an aktiven Biomaterialien zu untersuchen.

Seit zwei Jahren leitet Dr. Renske van der Veen am HZB eine Forschungsgruppe für zeitaufgelöste Röntgenspektroskopie und Elektronenmikroskopie. Im Zentrum ihrer Forschung stehen katalytische Prozesse, die zum Beispiel die Produktion von grünem Wasserstoff ermöglichen. Nun wurde sie zur S-W2 Professorin im Institut für Optik und Atomare Physik (IOAP) an der Technischen Universität Berlin ernannt.

Ein Team um Dr. Prashanth W. Menezes (HZB/TU-Berlin) hat Kobalt-Eisen-Oxyhydroxide an BESSY II untersucht. Diese Materialklasse zählt zu den besten Anoden-Katalysatoren, um elektrolytisch Wasser aufzuspalten und grünen Wasserstoff zu gewinnen. Insbesondere gelang es, die Oxidationsstufen der aktiven Elemente in verschiedenen Konfigurationen zu bestimmen. Die Ergebnisse könnten zur wissensbasierten Entwicklung neuer hocheffizienter und kostengünstiger katalytisch aktiver Materialien beitragen.

Dr. Artem Musiienko hat ein renommiertes Maria Skłodowska-Curie-Postdoktorandenstipendium erhalten. Er wird damit am HZB in der Gruppe von Prof. Antonio Abate sein Projekt HyPerGreen vorantreiben, mit dem er die Effizienz von bleifreien Perowskit-Solarzellen auf über 20 % steigern will.

Das Erdbeben hat die Türkei und Syrien im Herzen getroffen, weite Teile der Region sind in einem unvorstellbaren Maße zerstört. Wir sind bestürzt über das Ausmaß der Vernichtung, die vielen Opfer und Verletzten. Das Erdbeben verursacht unfassbares menschliches Leid, das wir nur schwer begreifen können. Unsere Gedanken sind bei allen Betroffenen und unseren Mitarbeitenden, die Familie, Freunde und Bekannte in den betroffenen Regionen haben.

Perowskit-Halbleiter versprechen hocheffiziente und preisgünstige Solarzellen. Allerdings reagiert das halborganische Material sehr empfindlich auf Temperaturunterschiede, was im normalen Außeneinsatz rasch zu Ermüdungsschäden führen kann. Gibt man jedoch eine dipolare Polymerverbindung zur Vorläuferlösung des Perowskits hinzu, verbessert sich die Stabilität enorm. Dies zeigt nun ein internationales Team unter der Leitung von Antonio Abate, HZB, im Fachjournal Science. Die so hergestellten Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von deutlich über 24 Prozent, die selbst bei dramatischen Temperaturschwankungen zwischen -60 und +80 Grad Celsius über hundert Zyklen kaum sinken. Das entspricht etwa einem Jahr im Außeneinsatz.

Seit 2016 hat der Beschleunigerphysiker Ji-Gwang Hwang am HZB in der Abteilung Speicherring- und Strahlphysik geforscht. In mehreren Projekten hat er wichtige Beiträge zur Strahldiagnostik geleistet. Nun kehrt er in seine Heimat Südkorea zurück, als Professor für Physik an der Gangneung-Wonju National University.

Ein Wissenschaftsteam unter Leitung von Forschenden des Max-Born-Instituts in Berlin, des Helmholtz-Zentrums Berlin, des Brookhaven National Laboratory (USA) und des Massachusetts Institute of Technology (USA) hat eine neue Methode entwickelt, um mit starken Röntgenquellen Videos von Fluktuationen in Materialien auf der Nanoskala aufzunehmen. Die Methode ist in der Lage, scharfe, hochauflösende Bilder zu machen, ohne das Material durch zu starke Belichtung zu beeinträchtigen. Dafür entwickelten die Wissenschaftler*innen einen Algorithmus, der in unterbelichteten Aufnahmen Muster erkennen kann. Im Fachjournal Nature beschreiben sie die Methode des Coherent Correlation Imaging (CCI) und stellen Ergebnisse für Proben aus dünnen magnetischen Schichten vor.

Wasser besitzt nicht nur einige bekannte Anomalien, sondern steckt noch immer voller Überraschungen. Die erste Ausgabe 2023 des Bunsen-Magazins widmet sich der molekularen Wasserforschung, vom Ozean bis zu Prozessen bei der Elektrolyse. Das Heft präsentiert Beiträge von Forschenden, die im Rahmen einer europäischen Forschungsinitiative im „Centre for Molecular Water Science“ (CMWS) kooperieren. Ein Team am HZB stellt darin Ergebnisse aus der Synchrotronspektroskopie von Wasser vor. Denn an modernen Röntgenquellen lassen sich molekulare und elektronische Prozesse in Wasser im Detail untersuchen.

Promovieren Sie oder sind Sie ein Postdoc? Ihre Forschung hat einen starken Bezug zu (angewandten) Daten- und Informationswissenschaften?

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Seit dem 1. Januar 2023 sind für Sie Manfred Weiss, Sebastian Fiechter, Annette Pietzsch und Michael Tovar als Ombudspersonen ansprechbar. Sie beraten gerne zu allen Fragen zur guten wissenschaftlichen Praxis am HZB.

Wir suchen junge exzellente Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Lust zur Führung! Wollen Sie ein innovatives Forschungsprojekt in einem der Forschungsbereiche des HZB durchführen? Dann bewerben Sie sich bis zum 20.02.2023 bei uns!

Ein Team der Charité Berlin hat an BESSY II die Schädigung durch fokussierte hochenergetische Röntgenstrahlung in Knochenproben von Fischen und Säugetieren analysiert. Mit einer Kombination von Mikroskopietechniken konnten sie die Zerstörung von Kollagenfasern dokumentieren. Röntgenmethoden könnten Knochenproben beeinträchtigen, wenn sie über einen längeren Zeitraum gemessen werden, schlussfolgern sie.

Was sorgt dafür, dass Knochen gut auf Belastung reagieren? Ein Team der Charité Berlin hat Hinweise auf die Schlüsselfunktion von nicht-kollagenen Eiweißverbindungen entdeckt und wie sie den Knochenzellen helfen, auf äußere Belastungen zu reagieren. An Fischmodellen untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Knochenproben mit und ohne Knochenzellen, um Unterschiede in Mikrostruktur und Wassereinlagerung aufzuklären. Am Berliner Forschungsreaktor BER II gelang es ihnen erstmals, die Wasserdiffusion durch das Knochenmaterial genau zu messen - mit einem überraschenden Ergebnis.

Experimentelle Daten sind oft nicht nur hochdimensional, sondern auch verrauscht und voller Artefakte. Das erschwert es, die Daten zu interpretieren. Nun hat ein Team am HZB eine Software konzipiert, die mit Hilfe von selbstlernenden neuronalen Netzwerken die Daten smart komprimiert und im nächsten Schritt eine rauscharme Version rekonstruieren kann. Das ermöglicht Einblicke in Zusammenhänge, die sonst nicht erkennbar wären. Die Software wurde jetzt erfolgreich für die Photonendiagnostik beim Freien Elektronenlaser FLASH bei DESY eingesetzt. Sie eignet sich jedoch für ganz unterschiedliche Anwendungen in der Wissenschaft.

Der aktuelle Weltrekord von Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle liegt wieder beim HZB. Die neue Tandemsolarzelle wandelt 32,5% der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie um. Das Zertifizier-Institut European Solar Test Installation (ESTI) in Italien hat die Tandemzelle vermessen und diesen Wert offiziell bestätigt. Außerdem wurde der Wert in die NREL-Übersicht zu Solarzelltechnologien eingetragen, die vom National Renewable Energy Lab, USA, gepflegt wird.

Wir laden Sie herzlich ein, unser neues Magazin „lichtblick“ zu lesen. Die Zeit war reif für ein neues Format, das sich nun bequem am Bildschirm lesen lässt. Klicken Sie doch gleich mal rein!

Um Tandem-Solarzellen vom Labormaßstab in die Produktion zu überführen kooperiert das HZB mit dem Solarmodulhersteller Meyer Burger, der große Expertise in der Heterojunction-Technologie (HJT) für Silizium-Module besitzt. Im Rahmen dieser Kooperation sollen serienreife Silizium-Bottom-Zellen auf Basis der Heterojunction-Technologie mit einer Top-Zelle auf Basis der Perowskit-Technologie kombiniert werden.

Bei der 4000. Struktur handelt es sich um das Molekül FKBP51, das mit stressinduzierten Erkrankungen wie Depressionen, chronischen Schmerzen und Diabetes zusammenhängt. Das Team um Prof. Dr. Felix Hausch, TU Darmstadt, nutzt die Kenntnis der dreidimensionalen Struktur, um neue Strategien für das Design passender Medikamente zu entwickeln.

Am Dienstag, den 6.12.2022 erhielt Dr. Eike Köhnen den Tiburtius-Preis (Erster Platz) für seine herausragende Dissertation. Eike Köhnen hat dazu beigetragen, den Wirkungsgrad von Tandemsolarzellen aus Perowskit und Silizium deutlich zu steigern, bis hin zu Weltrekord-Werten.

Ende Oktober 2022 hat die Geschäftsführung Ana Sofia Anselmo und Silvia Zerbe als neue Diversitätsbeauftragte ernannt. Gemeinsam werden sie die Vielfalt am HZB thematisieren und mit den Mitarbeitenden vorantreiben. Ana arbeitet im Geschäftsführungsbüro und ist für Internationales verantwortlich. Silvia ist stellvertretende Pressesprecherin des HZB und widmet sich der internen Kommunikation im Zentrum.

Nanodiamant-Materialien besitzen Potenzial als preisgünstige Photokatalysatoren. Doch bisher benötigten solche Kohlenstoff-Nanopartikel energiereiches UV-Licht, um aktiv zu werden. Das DIACAT-Konsortium hat daher Variationen von Nanodiamant-Materialien hergestellt und analysiert. Die Arbeit zeigt: Wenn die Oberfläche der Nanopartikel mit ausreichend Wasserstoff-Atomen besetzt ist, reicht auch die schwächere Energie von Licht im sichtbaren Bereich für die Anregung aus. Photokatalysatoren auf Basis von Nanodiamanten könnten in Zukunft mit Sonnenlicht CO₂ oder N₂ in Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak umwandeln.

Bislang war es äußerst langwierig, Messungen mit hoher Empfindlichkeit und hoher Ortsauflösung mittels Röntgenlicht im „tender“ Energiebereich von 1,5 - 5,0 keV durchzuführen. Dabei eignet sich genau dieses Röntgenlicht ideal, um Energiematerialien für Batterien oder Katalysatoren, aber auch biologische Systeme zu untersuchen. Dieses Problem hat nun ein Team aus dem HZB gelöst: Die neu entwickelten Monochromatoroptiken erhöhen den Photonenfluss im „tender“ Energiebereich um den Faktor 100 und ermöglichen so hochpräzise Messungen nanostrukturierter Systeme. An katalytisch aktiven Nanopartikeln und Mikrochips wurde die Methode erstmals erfolgreich getestet.

Feststoffbatterien ermöglichen noch höhere Energiedichten als Lithium-Ionenbatterien bei hoher Sicherheit. Einem Team um Prof. Philipp Adelhelm und Dr. Ingo Manke ist es gelungen, eine Feststoffbatterie während des Ladens und Entladens zu beobachten und hochaufgelöste 3D-Bilder zu erstellen. Dabei zeigte sich, dass sich Rissbildung durch höheren Druck effektiv verringern lässt.

Möchtest Du einen großartigen Sommer in Berlin verbringen und einzigartige Erfahrungen in der Forschung sammeln? Dann kommt vom 3. Juli bis 25. August 2023 zu uns! Wir laden Studierende aus der ganzen Welt ein, acht Wochen lang ein eigenes kleines Forschungsprojekt am HZB voranzutreiben. Gewinnt interessante Einblicke und Erfahrungen. Wir freuen uns auf euch!

PEPPERONI ist ein vierjähriges Forschungs- und Innovationsprojekt, das im Rahmen von Horizon Europe kofinanziert und gemeinsam vom Helmholtz-Zentrum Berlin und Qcells koordiniert wird. Das Projekt wird dazu beitragen, die Markteinführung und Massenproduktion von Perowskit/Silizium-Tandem-Photovoltaik-Technologien voranzubringen.

Quantencomputer versprechen erheblich kürzere Rechenzeiten für komplexe Probleme. Aber noch gibt es weltweit nur wenige Quantencomputer mit einer begrenzten Anzahl so genannter Qubits. Quantencomputer-Algorithmen können aber auch auf konventionellen Servern laufen, die einen Quantencomputer simulieren. Ein HZB-Team hat damit nun am Beispiel eines kleinen Moleküls dessen Elektronenorbitale und ihre dynamische Entwicklung nach einer Laserpulsanregung berechnet. Die Methode eignet sich auch, um größere Moleküle zu untersuchen, die mit konventionellen Methoden nicht mehr berechnet werden können.

Photoelektroden auf der Basis von BiVO₄ gelten als Top-Kandidaten für die solare Wasserstofferzeugung. Doch was passiert eigentlich, wenn sie mit Wassermolekülen in Kontakt kommen? Eine Studie im Journal of the American Chemical Society hat diese entscheidende Frage nun teilweise beantwortet: Überschüssige Elektronen aus dotierten Fremdelementen oder Defekten fördern die Dissoziation von Wasser, was wiederum sogenannte Polaronen an der Oberfläche stabilisiert. Dies zeigen Daten aus Experimenten eines HZB-Teams an der Advanced Light Source des Lawrence Berkeley National Laboratory. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, bessere Photoanoden für die grüne Wasserstoffproduktion zu entwickeln.

Wir trauern um unseren ehemaligen Kollegen Prof. Dr. Alexei Erko, der am 22. Oktober 2022 im Alter von 70 Jahren nach kurzer schwerer Krankheit verstorben ist.

Wie Wasserstoff-Ionen oder Protonen mit ihrer wässrigen Umgebung wechselwirken, hat große Praxisrelevanz, ob in der Technologie von Brennstoffzellen oder in den Lebenswissenschaften. Nun hat ein großes internationales Konsortium an der Röntgenquelle BESSY II diese Frage experimentell im Detail untersucht und neue Effekte entdeckt. So verändert die Anwesenheit eines Protons die elektronische Struktur der drei innersten Wassermoleküle, wirkt sich aber außerdem auch noch darüber hinaus über ein langreichweitiges Feld auf eine Hydrathülle aus fünf weiteren Wassermolekülen aus.

Wir trauern um unseren langjährigen, ehemaligen Geschäftsführer Prof. Dr. Michael Steiner, der am 5. November 2022 im Alter von 79 Jahren in Berlin verstorben ist. Wir verlieren einen hochgeschätzten Menschen, dem wir viel zu verdanken haben.

Bestimmte Metalloxide gelten als gute Kandidaten für Photokatalysatoren, um mit Sonnenlicht grünen Wasserstoff zu produzieren. Ein chinesisches Team hat nun in Nature spannende Ergebnisse zu Kupfer(I)oxid-Partikeln veröffentlicht, zu denen eine am HZB entwickelte Methode erheblich beigetragen hat. Die transiente Oberflächen-Photospannungs-Spektroskopie zeigte, dass positive Ladungsträger an Oberflächen im Laufe von Mikrosekunden durch Defekte eingefangen werden. Die Ergebnisse geben Hinweise, um die Effizienz von Photokatalysatoren zu steigern.

Tandem-Solarzellen, die zwei verschiedene Perowskit-Halbleiter kombinieren, versprechen hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit sehr geringem Energieaufwand herstellen. Solche Module könnten sogar biegsam sein. Zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung arbeitet Prof. Dr. Steve Albrecht am HZB daran, diese Vision zu realisieren. Seinem Team ist es kürzlich gelungen, eine Vollperowskit-Tandemsolarzelle mit einem zertifizierten Wirkungsgrad von 27.2 % herzustellen. Ein Gespräch über die Chancen und die Herausforderungen der Perowskit-Perowskit-Technologien.

Vor dem Hintergrund der Energiekrise kamen rund 180 Menschen aus Forschung und Politik am Paul Scherrer Institut PSI in der Schweiz zusammen, um eine Vision für europäische beschleunigerbasierte Photonenquellen zu entwickeln und gesellschaftliche Herausforderungen gemeinsam anzugehen. Die Tagung fand vom 26.- 28. Oktober 2022 statt.

Am großen Programm der Berlin Science Week und der Falling Walls beteiligt sich auch das HZB mit vielfältigen Angeboten. In dieser Übersicht stellen wir kurz zusammen, wo sie Forschung aus dem HZB entdecken und mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern diskutieren können. Bitte beachten Sie, dass man sich zu den Veranstaltungen anmelden muss. Die Teilnahme ist kostenfrei.

Der Markt für wiederaufladbare Batterien wächst schnell, aber die benötigten Rohstoffe sind begrenzt. Eine Alternative könnten zum Beispiel Natrium-Ionen-Batterien sein. Eine gemeinsame Forschergruppe von HZB und Humboldt-Universität zu Berlin hat dafür neue Kombinationen von Elektrolytlösungen und Elektrodenmaterialien untersucht.

Die Bundesministerin für Bildung und Forschung, Bettina Stark-Watzinger, besuchte heute das Catalysis Laboratory (CatLab) in Berlin-Adlershof. CatLab ist eine Forschungsplattform des Helmholtz-Zentrum Berlin und der Max-Planck-Gesellschaft zur Katalyseforschung, die wichtige Innovationen zur Realisierung einer grünen Wasserstoffwirtschaft beitragen soll. Bei ihrem Besuch am CatLab erhielt die Ministerin Einblick in neueste technologische Entwicklungen zur Herstellung und Charakterisierung von Dünnschichtkatalysatoren sowie besondere Methoden zur Operando-Analytik und Digitalen Katalyse.

Ende 2021 hatten drei Teams am HZB Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von knapp 30 Prozent vorgestellt. Dieser Wert hielt acht Monate lang den Weltrekord, eine sehr lange Zeit für dieses heiß umkämpfte Forschungsfeld. In der renommierten Fachzeitschrift Nature Nanotechnology beschreiben die Beteiligten nun, wie sie mit nanooptischen Strukturierungen und Reflexionsbeschichtungen diesen Rekordwert erreicht haben.

Informationen über komplexe magnetische Strukturen sind entscheidend für das Verständnis und die Entwicklung spintronischer Materialien. Jetzt steht bei BESSY II ein neues Instrument namens ALICE II zur Verfügung. Es ermöglicht magnetische Röntgenstreuung im reziproken Raum mit Hilfe eines neuen großflächigen Detektors. Ein Team des HZB und der Technischen Universität München hat die Leistungsfähigkeit von ALICE II demonstriert und helikale und konische magnetische Zustände in einem  Einkristall mit Skyrmionen analysiert. Das neue Instrument steht nun auch Messgästen an BESSY II zur Verfügung.

Im Forschungs-Konsortium CARE-O-SENE arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Wegen, synthetisches Kerosin für die Luftfahrt effizient herzustellen. Ein Gespräch mit Tobias Sontheimer vom HZB und Dirk Schär vom ebenfalls beteiligten Konzern Sasol über die nötigen Verfahren, die Hindernisse – und darüber, wie sich der Luftverkehr dekarbonisieren lässt.

Hochentrope Legierungen (HEAs) sind vielversprechende Materialien für Katalyse und Energiespeicherung. Gleichzeitig sind sie extrem hart, hitzebeständig und vielseitig in ihrem magnetischen Verhalten. Nun hat ein Team an BESSY II in Zusammenarbeit mit der Ruhr-Universität Bochum, der BAM, der Freien Universität Berlin und der Universität Lettland neue Erkenntnisse über die lokale Umgebung einer so genannten hochentropischen Cantor-Legierung aus Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel gewonnen. Damit lassen sich auch die magnetischen Eigenschaften eines nanokristallinen Films dieser Legierung teilweise erklären.

Das internationale Forschungsprojekt CARE-O-SENE (Catalyst Research for Sustainable Kerosene) hat vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Förderbescheide in Höhe von 30 Mio. Euro erhalten. Zusätzlich steuern die industriellen Konsortiumspartner 10 Millionen Euro bei. Ziel des Projektes ist es, neuartige Fischer-Tropsch-Katalysatoren zu entwickeln und damit die Produktion von nachhaltigem Kerosin im industriellen Maßstab zu optimieren. Auch das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ist daran beteiligt.

Rutger Schlatmann ist Solar-Experte aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und Professor an der Hochschule für Technik und Wirtschaft. Am HZB leitet er das Kompetenzzentrum für Photovoltaik, das Solarforschung und Industrie erfolgreich zusammenbringt. Nun ist der Experte als Vorsitzender der Europäischen Technologie- und Innovationsplattform für Photovoltaik (ETIP PV) gewählt worden. Sie berät unabhängig zu Fragen der Energiepolitik und zum Ausbau der Photovoltaik in Europa.

Am HZB wird ein Labor für automatisierte Röntgen-Tomographie an Festkörper-Batterien eingerichtet. Das Besondere: 3D-Daten während der Lade/Entladeprozesse (operando) können mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) rascher und vielseitiger ausgewertet werden. Das Bundesministerium für Forschung und Bildung fördert das Projekt „TomoFestBattLab“ mit 1,86 Millionen Euro.

Mal angenommen, es gibt Solaranlagen auf jedem Dach. Was bringt das? Und was ist, wenn die Sonne mal länger nicht schein? Folgen Sie dem Gedankenexperiment des Tagesschau-Podcast. Mit dabei ist unser Solarexperte und Architekt Thorsten Kühn.

Mit der Elektrokatalyse von Wasser lässt sich elektrische Energie aus Sonne oder Wind zur Erzeugung von grünem Wasserstoff nutzen und so speichern. Ein Überblicksbeitrag in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie zeigt, wie moderne Röntgenquellen wie BESSY II die Entwicklung von passenden Elektrokatalysatoren vorantreiben können. Insbesondere lassen sich mit Hilfe von Röntgenabsorptionsspektroskopie die aktiven Zustände von katalytisch aktiven Materialien für die Sauerstoffentwicklungsreaktion bestimmen. Dies ist ein wichtiger Beitrag, um effiziente Katalysatoren aus günstigen und weit verbreiteten Elementen zu entwickeln.

Die außeruniversitären Forschungseinrichtungen in Berlin arbeiten in Zukunft noch enger zusammen. Ihr 2020 gegründeter Verbund Berlin Research 50 (BR50) hat sich am 04.10.2022 zu einem eingetragenen und gemeinnützigen Verein zusammengeschlossen. Gemeinsam wollen die Mitglieder den Wissenschaftsraum Berlin weiterentwickeln und stärken.

Auf dem Programm stehen ein Rundgang durch das Reallabor des Helmholtz-Zentrum Berlin gefolgt von Fachvorträgen sowie einem Austausch mit Experten*innen vor Ort.

Die Neutronenstreuung gilt als die Methode der Wahl, um magnetische Strukturen und Anregungen in Quantenmaterialien zu untersuchen. Nun hat die Auswertung von Messdaten aus den 2000er Jahren mit neuen Methoden erstmals wesentlich tiefere Einblicke in ein Modellsystem - die 1D-Heisenberg-Spinketten - geliefert. Damit steht ein neuer Werkzeugkasten für die Erforschung zukünftiger Quantenmaterialien zur Verfügung.

Übergangsmetalle besitzen vielfältige Anwendungen als Werkstoffe und in der Elektrochemie und Katalyse. Um ihre Eigenschaften zu verstehen, ist das Wechselspiel zwischen atomarer Lokalisierung und Delokalisierung der äußeren Elektronen in den d-Orbitalen entscheidend. Diesen Einblick ermöglicht nun eine besondere Messmethode an BESSY II mit höchster Präzision. Eine Studie an Kupfer, Nickel und Kobalt kommt dabei zu quantitativen Erkenntnissen. Die Royal Society of Chemistry hat den Beitrag als HOT Article 2022 ausgewählt.

Graphen ist ein äußerst spannendes Material. Nun zeigt eine Graphen-Variante ein weiteres Talent: Rhomboedrischer Graphit aus mehreren, leicht gegeneinander versetzten Schichten könnte die verborgene Physik in Quantenmagneten aufklären.

Im Highlight-Bericht 2021 finden Sie kompakte Informationen zu wichtigen Entwicklungen am HZB. Außerdem stellen wir eine kleine Auswahl aus den wissenschaftlichen Ergebnissen vor, die im Lauf des Jahres 2021 in renommierten Fachjournalen publiziert wurden.

Presseinformation _ Berlin, 14. September 2022: Die Wissenschaft ist seit Jahrzehnten ein wichtiger Treiber für Innovation und Fortschritt in der Hauptstadtregion. Kreative, talentierte Menschen aus der ganzen Welt kommen zusammen und bringen neue Ideen voran, von denen wir als Gesellschaft profitieren. Viele Entdeckungen – von grundlegenden Erkenntnissen bis zum fertigen Produkt – beruhen auf der Forschung mit Synchrotron-Licht. Seit 40 Jahren haben Forscher*innen in Berlin Zugang zu diesem intensiven Licht. Dies beflügelt viele Wissenschaftsdisziplinen und ist ein Standortvorteil für Deutschland.

Die Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMD) sind eine Materialklasse mit großem Potential für die Spintronik. Eine Studie an BESSY II hat gezeigt, dass in einem dieser Materialien bereits einfach linear polarisiertes Licht ausreicht, um Spins unterschiedlicher Ausrichtung selektiv zu manipulieren. Dieses Ergebnis eröffnet einen neuen Weg zur Erzeugung spinpolarisierter Ströme und ist ein Meilenstein für die Entwicklung spintronischer und opto-spintronischer Geräte.

Rund 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben sich auf der Deutschen Tagung für Forschung mit Synchrotronstrahlung, Neutronen und Ionenstrahlen an Großgeräten (SNI2022) ausgetauscht, die vom 05. -07. September 2022 in Berlin tagte. Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) war Organisator der Konferenz. Dabei zeichnete das Komitee Forschung mit Neutronen (KFN) zwei Nachwuchswissenschaftler aus. Die Preise gingen an Dr. Navid Qureshi (Institut Laue-Langevin, ILL, Frankreich) und Dr. Artur Glavic (Paul-Scherrer-Institut, PSI, Schweiz).

50 Ausgaben der lichtblick sind seit 2009 erschienen und das hat uns inspiriert, etwas Besonderes zu machen. In dieser Ausgabe rücken wir Mitarbeiter*innen in den Mittelpunkt, die sich ehrenamtlich engagieren oder ein spannendes Hobby haben. Sie stehen stellvertretend für die vielen Menschen, die das HZB zu einem lebendigen und vielseitigen Ort machen.

Am 1. September begrüßte das HZB 15 neue Mitarbeitenden, die eine Ausbildung, ein duales Studium oder ein Freiwilliges Ökologisches Jahr am HZB beginnen. Bei einer Einführungsveranstaltung am Standort Wannsee hieß der kaufmännische Geschäftsführer des HZB, Thomas Frederking, die neuen Mitarbeitenden willkommen und wünschte ihnen ein gutes Einleben am Forschungszentrum.

Felix Büttner hat am HZB eine Nachwuchsforschungsgruppe geleitet. Nun ist er einem Ruf an die Universität Augsburg gefolgt. Im Rahmen einer gemeinsamen Forschungsgruppe wird er die Untersuchungen an magnetischen Skyrmionen am HZB fortsetzen.

Am 30. August startet bei der Röntgenquelle BESSY II der Nutzerbetrieb: Dann heißt das Forschungszentrum wieder Gastforscher*innen aus der ganzen Welt willkommen und unterstützt bei der Durchführung von Experimenten. Damit endet die 14-wöchigen Betriebspause, in der unter anderem die Niederspannungshauptversorgung komplett erneuert wurde. Der erfolgreiche Abschluss der Arbeiten wurde nun mit allen Beteiligten gefeiert.

Wie umgehen mit begrenztem Platz? Städte und Kommunen müssen sich jetzt auf die Folgen des Klimawandels vorbereiten. Gründächer, begrünte Fassaden und großflächige Entsiegelungen könnten zu einem besseren Mikroklima beitragen. Aber wird der Platz nicht auch für Photovoltaik benötigt?

In einem kontroversen Gespräch loten die Experten Björn Rau (HZB, BAIP) und Jens Hasse (Deutsches Institut für Urbanistik) die Optionen aus und finden neue Lösungen.

Alexander Gray von der Temple University in Philadelphia, USA, arbeitet gemeinsam mit dem HZB-Physiker Florian Kronast an der Erforschung neuartiger 2D-Quantenmaterialien an BESSY II. Mit dem Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung kann er diese Zusammenarbeit nun vertiefen. Bei BESSY II will er tiefenaufgelöste röntgenmikroskopische und -spektroskopische Methoden weiterentwickeln, um 2D-Quantenmaterialien und Bauelemente für neue Informationstechnologien zu untersuchen. 

Elektrische Energie aus Wind oder Sonne lässt sich als chemische Energie in Wasserstoff speichern, einem hervorragenden Kraftstoff und Energieträger. Voraussetzung dafür ist allerdings die effiziente Elektrolyse von Wasser mit kostengünstigen Katalysatoren. Nanostrukturiertes Nickelsilizid kann die Effizienz der Sauerstoffentwicklungsreaktion an der Anode deutlich steigern. Dies zeigte nun ein Team aus dem HZB, der Technischen Universität Berlin und der Freien Universität Berlin im Rahmen der Forschungsplattform CatLab unter anderem auch mit Messungen an BESSY II.

Dr. Michelle Browne baut ab August am HZB ihre eigene Nachwuchsgruppe auf, die von der Helmholtz-Gemeinschaft für die kommenden fünf Jahre mitfinanziert wird. Die Elektrochemikerin aus Irland forscht an elektrolytisch aktiven neuartigen Materialsystemen und will Elektrokatalyseure der nächsten Generation entwickeln, zum Beispiel für die Wasserstoffproduktion. Damit findet sie am HZB eine passende Umgebung für ihr Forschungsthema.

C₆₀-Moleküle auf einem Gold-Substrat wirken komplexer als ihr Vorbild aus Graphen, haben aber viel gewöhnlichere elektronische Eigenschaften. Dies zeigen nun Messungen mit ARPES an BESSY II und ausführliche Berechnungen.

Bei industriellen Prozessen entstehen immer auch feinkörnige Rückstände. Diese finden nur selten den Weg zurück in die industrielle Wertschöpfungskette, sondern werden meist entsorgt und stellen ein potenzielles Umweltrisiko dar. Das Projekt FINEST erfasst und untersucht verschiedene dieser Feinststoffströme mit dem Ziel, neue Konzepte zu entwickeln, um sie im Kreislauf zu halten und verbliebene Reststoffe gefahrlos abzulagern. FINEST konnte sich beim Nachhaltigkeitswettbewerb der Helmholtz-Gemeinschaft durchsetzen und wird nun 5 Millionen Euro gefördert.

Oxidationsstufen von Übergangsmetallen beschreiben, wie viele Elektronen eines Elements bereits an Bindungen beteiligt sind und wie viele noch für weitere Reaktionen zur Verfügung stehen. Teams aus Berlin und Freiburg haben nun die höchste Oxidationsstufe von Rhodium entdeckt. Dies deutet darauf hin, dass Rhodium mehr Valenzelektronen in chemische Bindungen einbringen kann, als bisher angenommen. Diese Erkenntnis könnte für das Verständnis von katalytischen Reaktionen mit Beteiligung von Rhodium von Bedeutung sein. Das Ergebnis wurde von der Zeitschrift Angewandte Chemie als "Very Important Paper" eingestuft.

Eine Studie hat erstmals die Umweltauswirkungen von industriell hergestellten Perowskit-auf-Silizium-Tandem-Solarmodulen über den gesamten Lebenszyklus bewertet. Dabei stellte Oxford PV die Tandem-Solarmodule sowie Prozessdaten aus seiner Serienfertigung in Deutschland zur Verfügung. Das Ergebnis: Die innovativen Tandem-Solarmodule sind über ihre Lebensdauer sogar noch umweltfreundlicher als herkömmliche Silizium-Heterojunktion-Module. Die Studie wurde im Fachjournal Sustainable Energy & Fuels veröffentlicht.

Flüssigkeiten sind schwerer zu beschreiben als Gase oder kristalline Feststoffe. Ein HZB-Team hat nun an der Swiss Light Source SLS des Paul Scherrer Instituts, Schweiz, erstmals die Potentialflächen von Wassermolekülen in flüssigem Wasser unter normalen Umgebungsbedingungen kartiert. Das trägt dazu bei, die Chemie des Wassers und in wässrigen Lösungen besser zu verstehen. Diese Untersuchungen können demnächst an der neu errichteten METRIXS-Station an der Röntgenquelle BESSY II fortgesetzt werden.

Aufgrund seines gigantischen Rashba-Effekts gilt Germaniumtellurid (GeTe) als guter Kandidat für den Einsatz in spintronischen Bauelementen. Nun hat ein Team am HZB ein weiteres faszinierendes Phänomen in GeTe entdeckt. Dafür untersuchten die Forschenden die elektronische Reaktion auf thermische Anregung der Proben. Überraschenderweise verlief die anschließende Relaxation ganz anders als bei herkömmlichen Halbmetallen. Durch die gezielte Steuerung von Details der elektronischen Struktur könnten in dieser Materialklasse neue Funktionalitäten erschlossen werden.  

Fröhliche Stimmung herrschte am letzten Samstag, den 2. Juli 2022. Denn nach zwei Jahren Online-Format aufgrund der Corona-Pandemie konnte die Veranstaltung endlich wieder vor Ort stattfinden. Diesmal öffnete das HZB seine Türen am Standort Adlershof und lud zu Rundgängen durch BESSY II und zu einem Besuch der Energiestraße ein. Fast 2700 Menschen waren ans HZB gekommen und haben sich bis um Mitternacht gut unterhalten. 

Wichtige Info: Am HZB gilt zur LNDW die FFP2-Maskenpflicht in Innenräume ab 14 Jahren.

Wie lassen sich Solarzellen noch effizienter herstellen? Wieso ist „grüner“ Wasserstoff so wichtig für unsere Zukunft? Warum braucht Berlin einen Beschleuniger, um Materialien zu durchleuchten? Die Antworten gibt es bei der Langen Nacht der Wissenschaften. Am 2. Juli 2022 öffnet das HZB von 17 bis 24 Uhr am Standort Adlershof seine Türen und lädt Groß und Klein zum Experimentieren und Staunen ein.

Hochentropie-Legierungen aus 3d-Metallen haben faszinierende Eigenschaften, die Anwendungen im Energiesektor in Aussicht stellen. Ein internationales Team hat nun lokale Verschiebungen auf atomarer Ebene in einer hochentropischen Cantor-Legierung aus Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel untersucht. Mit spektroskopischen Analysen an BESSY II und statistischen Simulationen konnten sie das Verständnis dieser Materialgruppe deutlich erweitern.

Die Stiftung Werner-von-Siemens-Ring hat Prof. Dr. Olga Kasian in Anerkennung ihrer herausragenden wissenschaftlichen Leistungen in ihr Netzwerk aufgenommen. Olga Kasian leitet eine Nachwuchsgruppe zu Elektrokatalyse am HZB und ist Professorin an der Universität Erlangen-Nürnberg. Die Stiftung zeichnet seit 1977 junge Forscher*innen der Technik- und Naturwissenschaften aus und bietet ihnen einzigartige Möglichkeiten zur interdisziplinären Vernetzung.

Am Freitag, den 17. Juni, war eine Delegation aus Singapur zu Gast am HZB. Heng Swee Keat, stellvertretender Premierminister von Singapur, wurde vom Botschafter von Singapur in Berlin, Laurence Bay, sowie von Vertreter*innen aus Forschung und Wirtschaft begleitet.

An der Röntgenstrahlungsquelle SESAME in Jordanien ist eine neue Experimentierstation eröffnet worden: HESEB, die Helmholtz-SESAME Beamline, ist von fünf Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft unter Federführung von DESY konzipiert worden.

Mit konventionellen Methoden ist es extrem aufwändig, den spektralen Fingerabdruck von größeren Molekülen zu berechnen. Dies ist aber eine Voraussetzung, um experimentell gewonnene Messdaten korrekt zu interpretieren. Nun hat ein Team am HZB mit selbstlernenden Graphischen Neuronalen Netzen sehr gute Ergebnisse in deutlich kürzerer Zeit erzielt.

Teams aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und dem University College London (UCL) haben zum ersten Mal die Wasserverteilung in einer Brennstoffzelle dreidimensional und in Echtzeit visualisiert. Dafür werteten sie Messdaten aus, die noch an der Neutronenquelle BER II am HZB gewonnen wurden. Die Analyse öffnet neue Möglichkeiten zu effizienteren und damit kostengünstigeren Brennstoffzellen.

Am Helmholtz-Zentrum Berlin arbeiten Menschen aus vielen verschiedenen Ländern und bereichern das Zusammenleben. Für unser Kochbuch haben Mitarbeitende und Gastforschende aus sechs Kontinenten ihre Lieblingsrezepte zusammengetragen.

Ronen Gottesman ist seit fünf Jahren Wissenschaftler am HZB-Institut für Solare Brennstoffe. Er hat das Team für gepulste Laserdeposition aufgebaut und neuartige komplexe Metall-Oxid-Halbleiter-Lichtabsorber für die photoelektrochemische Wasserspaltung entwickelt, mit dem Ziel, "grünen Wasserstoff" zu erzeugen. Nun folgt er einem Ruf an das Institut für Chemie an der Hebrew University in Jerusalem (HUJI), Israel, wo er seine eigene Forschungsgruppe leiten wird. 

Viele Menschen leiden an Zinkmangel, welcher Immunschwäche bei Erwachsenen und insbesondere bei Kindern zur Folge hat. Dies ist z.B. in der mexikanischen Bevölkerung eine Herausforderung für das Gesundheitssystem. Forschende vor Ort suchen nach Erklärungen und haben mit einer internationalen Gruppe von Synchrotronexpert*innen neue Erkenntnisse gewonnen – und zwar an Drosophila-Fliegen, die als Modellsystem auch für den menschlichen Zink-Stoffwechsel dienen können.
Dank Strahlzeiten an BESSY II und an der SLS (PSI) konnten sie aufzeigen, dass die Zinkvorräte in Drosophila-Fliegen vom Tryptophan-Gehalt in der Nahrung abhängen.

JOHANNESBURG, Südafrika, 24. Mai 2022:  Im Forschungsprojekt CARE-O-SENE entwickeln Partner aus Deutschland und Südafrika neue Katalysatoren für grüne Flugtreibstoffe.

Das Unternehmen Sasol und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) werden ein Konsortium leiten, das Katalysatoren der nächsten Generation entwickeln und optimieren will. Diese spielen eine Schlüsselrolle für die Entwicklung nachhaltiger Flugtreibstoffe (sustainable aviation fuels - SAF) und sind Grundlage für einen nachhaltigen Luftfahrtsektor.

Die Röntgenquelle BESSY II befindet sich in einem dreimonatigen Shutdown. In dieser Zeit wird die Niederspannungshauptverteilung im Versorgungsgebäude außerhalb des Elektronenspeicherrings erneuert. Dies sichert den langfristigen stabilen Betrieb von BESSY II über das nächste Jahrzehnt hinaus.

Neue energieeffiziente IT-Bauelemente arbeiten häufig nur bei extrem tiefen Temperaturen stabil. Daher kommt es entscheidend auf eine sehr gute Wärmeisolierung solcher Elemente an, was die Entwicklung von Materialien mit extrem niedriger Wärmeleitfähigkeit erfordert. Ein Team am HZB hat nun mit einem neuartigen Sinterverfahren nanoporöse Silizium-Aluminium-Proben hergestellt, in welchen Poren und Nanokristallite den Transport von Wärme behindern und so die Wärmeleitfähigkeit drastisch reduzieren. Die Forschenden haben ein Modell für die Vorhersage der Wärmeleitfähigkeit entwickelt, das anhand von Messdaten zur Mikrostruktur der Proben und deren Wärmeleitfähigkeit bestätigt wurde. Damit liegt erstmals eine Methode für die gezielte Entwicklung von komplexen porösen Materialien mit ultraniedriger Wärmeleitfähigkeit vor.

Magnetische Nanostrukturen sind vielversprechende Werkzeuge für medizinische Anwendungen. Eingebaut in biologische Vehikel, lassen sich diese dann durch externe Magnetfelder an ihren Einsatzort im Körper steuern, wo sie Medikamente freisetzen oder Krebszellen zerstören können. Dazu ist jedoch die genaue Kenntnis der magnetischen Eigenschaften solcher Nanoteilchen nötig. Bisher konnten solche Informationen nur gemittelt über tausende Nanopartikel gewonnen werden. Nun hat ein Team am HZB eine Methode entwickelt, um die charakteristischen Parameter jedes einzelnen magnetischen Nanopartikels zu bestimmen.

Das HZB hat am 16. Mai 2022 eine Delegation des brasilianischen Ministeriums für Wissenschaft, Technologie und Innovation (MCTI). Der Vize-Forschungsminister Sergio Freitas de Almeida zeigte sich bei seinem Rundgang beeindruckt von den vielfältigen Forschungsaktivitäten des HZB, um die Umstellung auf eine klimaneutrale Energieversorgung in der Gesellschaft voranzutreiben.

Der König Carl XVI. Gustaf von Schweden sowie eine Gruppe Unternehmenslenker großer Konzerne wie Ericsson, Nordholt, Vattenfall, ABB, Schneider Electric und schwedische Vertreter aus dem öffentlichen Sektor und der Wissenschaft besuchten am 11. Mai 2022 den Technologiepark Adlershof.

Drei Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft – DESY, HZDR und HZB – haben ihre gemeinsame Strategie für beschleunigerbasierte Lichtquellen Bundestagsabgeordneten vorgestellt.

Das zum 1. Mai neu gegründete HZB-Institut für Elektronische Struktur Dynamik entwickelt experimentelle Techniken und Infrastrukturen, um die Dynamik elementarer mikroskopischer Prozesse in neuartigen Materialsystemen zu untersuchen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lassen sich funktionale Materialien mit besonderen Eigenschaften für nachhaltige Technologien gezielt optimieren.

Ein Team am EPR4Energy-Joint lab von HZB und MPI CEC hat ein neues Verfahren der THz-EPR-Spektroskopie entwickelt, um die katalytische Aktivierung von molekularem Sauerstoff durch Kupferkomplexe zu untersuchen. Die Methode erlaubt Einblicke in bisher nicht zugängliche Spin-Spin-Wechselwirkungen und die Funktion neuartiger katalytischer und magnetischer Materialien.

Synchrotronstrahlungsquellen sind seit 75 Jahren unverzichtbar für den Erkenntnisgewinn. Dr. Antje Vollmer spricht über die internationale Vernetzung, einen neuen Rekord an der Röntgenquelle BESSY II – und darüber, wie sie allein schon an den Forschungsanträgen ablesen kann, welche gesellschaftlichen Probleme gerade besonders drängend sind.

Professor Alexei Gruverman wurde im Oktober 2020 mit einem Humboldt-Forschungspreis ausgezeichnet. Wegen der COVID-Pandemie konnte er erst in diesem Jahr nach Deutschland reisen und ist nun für einige Monate zu Gast am Institut "Funktionale Oxide für energieeffiziente Informationstechnologie" am Helmholtz-Zentrum Berlin.

Um die besonders günstigen Eigenschaften von Perowskit-Halbleitern für Solarzellen zu erklären, kursieren verschiedene Hypothesen. So sollten Polaronen oder auch ein gigantischer Rashba-Effekt eine große Rolle spielen. Ein Team an BESSY II hat diese Hypothesen nun experimentell widerlegt. Damit grenzen sie die möglichen Ursachen für die Transporteigenschaften weiter ein und ermöglichen bessere Ansätze zur gezielten Optimierung dieser Materialklasse.

Der Klimawandel treibt Amran Al-Ashouri um. Als Physiker weiß er, wie dringend und rasch Maßnahmen greifen müssen, damit der Temperaturanstieg weltweit auf 1,5 bis zwei Grad beschränkt bleibt. Privat engagiert sich der 29-jährige Naturwissenschaftler daher beim Verein „climactivity“, um möglichst viele Menschen über wichtige Zusammenhänge beim Klimaschutz aufzuklären.

Die 5. Tagung zur Forschung mit Synchrotronstrahlung, Neutronen und Ionenstrahlen an Großgeräten (SNI 2022) findet vom 5. bis 7. September 2022 in Berlin statt. Aufgrund der großen Nachfrage haben wir die Frist für die Einreichung von Abstracts für die SNI2022-Konferenz bis zum 1. Mai verlängert. Nutzen Sie diese Gelegenheit und reichen Sie bis Sonntag Ihren Abstract ein!

Vom 4. bis 11. September informiert die Quantsol Summer School 2022 über Grundlagen der solaren Energieumwandlung.

Die International Summer School on Photovoltaics and New Concepts of Quantum Solar Energy Conversion (Quantsol) findet im September 2022 in Hirschegg, Kleinwalsertal, Österreich statt. Bewerbungen können bis zum 7. Juni 2022 eingereicht werden. Organisiert wird die Schule vom Helmholtz-Zentrum Berlin und der Technischen Universität Ilmenau.

In der neuen Ausgabe der lichtblick stellen wir Renske van der Veen in der Titelgeschichte vor. Sie ist seit Sommer 2021 am HZB und baut eine neue Forschungsgruppe auf. Warum sie aus den USA nach Deutschland gekommen ist und wo die kulturellen Unterschiede liegen, erzählt sie darin.

Ein Team am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) hat mithilfe von BESSY II neue Eigenschaften des Kollagens entdeckt: Während der Einlagerung von Mineralen in Kollagenfasern entsteht eine Kontraktionsspannung, die hundertfach stärker ist als die von Muskelkraft. Die Veränderungen der Kollagenstruktur wurden mittels Röntgenbeugung an der Synchrotronsstrahlungsquelle BESSY II in Berlin-Adlershof beobachtet, während die Mineralisation stattfand.

Um mit Sonnenlicht Wasser elektrolytisch aufzuspalten, werden Photoelektroden gebraucht. Kostengünstige Metalloxid-Dünnschichten mit hoher elektronischer Qualität eignen sich sehr gut dafür, doch ihre Herstellung ist komplex. Insbesondere lässt sich die Qualität der Metalloxid-Dünnschichten nur durch eine thermische Behandlung bei sehr hohen Temperaturen verbessern. Dabei würde jedoch das darunter liegende leitfähige Glassubstrat schmelzen. Ein Team am HZB-Institut für Solare Brennstoffe hat dieses Dilemma nun gelöst: Ein hochintensiver Lichtpuls heizt die halbleitende Metalloxid-Dünnschicht blitzschnell direkt auf, ohne das Substrat zu beschädigen.

Wer sich mit Physik beschäftigt, weiß: Zwischen Quantenphysik und Gravitationstheorie klafft ein ziemlicher Graben. Allerdings hat die theoretische Physik in den letzten Jahrzehnten mit Hilfe einer plausiblen Vermutung eine „Brücke“ konstruiert, um diesen Graben zu überwinden. Das hilft dabei, das Verhalten von komplexen Quanten-Vielkörpersystemen zu beschreiben, zum Beispiel von Schwarzen Löcher und Wurmlöchern im Universum. Nun hat eine Theoriegruppe an der Freien Universität Berlin und am HZB zusammen mit Teams aus Harvard-University, USA, eine mathematische Vermutung über das Verhalten von Komplexität in solchen Systemen bewiesen, und damit die Tragfähigkeit dieser Brücke erhöht. Die Arbeit ist in Nature Physics erschienen.

Wir haben die Newsletter aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin aufgefrischt. Noch übersichtlicher, noch knapper, erhalten Sie damit jeden Monat einen Überblick über die wichtigsten Nachrichten aus dem HZB.

Photosäuren sind Moleküle, die nach elektronischer Anregung ein Proton freisetzen und so den Säuregrad einer Flüssigkeit erhöhen. Die Pionierarbeit von Theodor Förster hat für solche Moleküle die direkte Beziehung zwischen der Wellenlänge der optischen Absorption und den Säureeigenschaften aufgezeigt, mit der die Erhöhung des Säuregrades im ersten elektronisch angeregten Zustand quantifiziert werden kann. Zugrundeliegende vollständige Beschreibungen der mikroskopischen Effekte die das Photosäure-Phänomen erklären sind jedoch seither spärlich geblieben. Ultraschnelle Röntgenspektroskopie, bei der die elektronische Struktur einer protonenliefernden Gruppe einer aromatischen Amin-Photosäure lokal untersucht wird, hat nun einen direkten Einblick in die Veränderungen der elektronischen Struktur ermöglicht. Die seit langem offene Frage nach der Photoazidität ist nun endlich geklärt: Die wichtigsten elektronischen Strukturänderungen finden auf der Basenseite des sogenannten Förster-Zyklus statt, während die Säureseite eine untergeordnete Rolle spielt. 

Mit großer Bestürzung verfolgen wir den am 24. Februar 2022 gestarteten militärischen Angriff Russlands auf die Ukraine. Wir verurteilen diesen schwerwiegenden Bruch des Völkerrechts. Wir sorgen uns um alle Einwohner*innen der Ukraine und besonders um die vom Krieg betroffenen Forschenden und Studierenden. Ihnen gilt unsere besondere Solidarität.

Eine internationale Kooperation hat Proben von NdBi-Kristallen untersucht, die interessante magnetische Eigenschaften aufweisen. Bei ihren Experimenten, darunter Messungen an BESSY II, konnten sie Hinweise auf so genannte Fermi-Bögen im antiferromagnetischen Zustand der Probe bei tiefen Temperaturen finden. Diese Beobachtung wird durch bestehende theoretische Vorstellungen noch nicht erklärt und eröffnet faszinierende Möglichkeiten, diese Art von Materialien für innovative Informationstechnologien zu nutzen, die auf Spins statt auf Elektronen basieren.

Am Freitag, den 18. März 2022 war die Staatssekretärin Armaghan Naghipour in Adlershof und hat das HZB besucht.