DCF Forschungsgruppen

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit experimentellen Untersuchungen von Flüssigkristallen und ähnlichen Materialien an Grenzflächen. Im Vordergrund stehen dabei Benetzung und verwandte Grenzflächenphänomene, Defektstrukturen in smektischen Filmen und der Einsatz von Flüssigkristallen für neue selbstorganisierende Systeme. [mehr]

Kurzpulslaser werden bei einer wachsenden Zahl von experimentellen Techniken eingesetzt. Die Pico- und Femtosekundenpulse unseres Laserlabors werden vorrangig in Experimenten gebraucht, die auf nicht-linearen optischen Prozessen basieren (z.B. Multiphotonenmikroskopie, kohärente Anti-Stokes-Raman-Streuung). [mehr]

Wir untersuchen Systeme, die eine 'menschliche Komponente' beinhalten. Wir versuchen, 'die richtigen' Werkzeuge zu finden, um soziale Systeme auf verschiedenen Skalen zu verstehen - von minimalen Modellsystemen, die kollektives Verhalten zeigen (z.B. die Entstehung von Kooperation) bis hin zu gesellschaftlichen Transformationen (z.B. hin zu nachhaltiger Mobilität). Wir verwenden Methoden aus der statistischen Physik, Computersimulationen, sowie empirische Datenanalyse. [mehr]

Symmetriebrechung und Strukturentstehung sind weit verbreitete und extreme wichtige kollektive Phänomene, die fern vom thermischen Gleichgewicht stattfinden. Wohlbekannte Beispiele sind schwärmende Stare, Muster in Bakterienkolonien, Filamentbildung in Kolloidsuspensionen, thermische Konvektion, oder auch die Stop-and-go-Wellen in einem Verkehrsstau. Ein besonders altehrwürdiges Beispiel ist das Verklumpen kosmischen Staubs in den Akkretionsscheiben um junge Sterne, führt es doch schließlich zur Entstehung von Planeten wie etwa Erde, und somit gelegentlich zur Entstehung von Leben und unserer selbst. [mehr]

Die Gruppe untersucht das Verhalten von komplexen Fluiden an ihren Grenzflächen mit Festkörpern und Gasen. Beispielsweise funktionieren Kugelschreiber auf Papier gut, versagen aber typischerweise auf Glas. Der Grund dafür ist die unterschiedliche Wechselwirkung der Tinte, einer komplexen Flüssigkeit, mit den verschiedenen Arten von Oberflächen. In ähnlicher Weise hängt die Qualität eines Tintenstrahldrucks entscheidend vom Trocknungsverhalten der Tinte ab, die sich als winzige Tröpfchen auf fast jeder Art von Oberfläche ablagert. Von der Umgebungsfeuchtigkeit bis zur Porosität der Oberfläche beeinflussen verschiedene Parameter diesen Prozess. Die Anwendungsbereiche unserer Projekte reichen von der Alltagswelt (z.B. Papier) über die Biologie bis hin zur Computertechnologie (Silizium-Mikrochips). [mehr]

Unsere globale Umwelt, unsere lokale Lebenswelt und unsere Gesellschaft sind zur Zeit in rasender Verwandlung begriffen. Herkömmliche Planungsmodelle für Mobilität, Gütertransport und Ressourcenmanagement sind mit diesen Entwicklungen überfordert. Die Folge sind Verkehrsinfarkte und hohe Schadstoffbelastungen der Luft in den urbanen Zentren einerseits, Verödung, Verwahrlosung und Überalterung in den umgebenden ländlichen Räumen andererseits. Auf der Basis modernster digitaler Technologie und statistisch-physikalischer Modellierungsmethoden erarbeitet RegioMotion leistungsfähige Konzepte der Verzahnung von Kommunikations-, Mobilitäts- und Transportdiensten, die auf eine optimale Lebensqualität und Daseinsvorsorge sowohl in ländlichen als auch in urbanen Lebensräumen bei gleichzeitiger Minimierung des Individualverkehrsaufkommens zielt. [mehr]

Was passiert, wenn sich ein Tropfen über einen Oberfläche bewegt, die so weich ist, dass sie durch die Kapillarwirkung des Tropfens verformt wird? Und was wäre, wenn der Festkörper auch auf den Tropfen reagieren und seine Oberflächeneigenschaften ändern würde? Wie würde das die Dynamik des Benetzens oder Entnetzens ändern, d.h. die Geschwindigkeit, mit der sich der Tropfen über die Oberfläche bewegt? Und wäre es nicht nützlich, wenn wir durch einen Trick die Oberfläche "bei Bedarf" verändern könnten, sodass sie wasserabweisend ist oder nicht? Die Natur spielt diese Tricks jeden Tag, wie beim wasserabweisenden Gefieder eines Eisvogels oder auf der rutschigen Oberfläche von Fleischfresserpflanzen, an denen sich nicht einmal Insekten halten können. Solche und ähnliche Fragen werden im neu gegründeten Schwerpunktprogramm SPP 2171 behandelt, an dem Stefan Karpitschka als Mitglied des Koordinierungsausschusses mitarbeitet, und seine Gruppe sich an der gemeinsamen Forschungsarbeit beteiligt. [mehr]

Das Max Planck - Universität Twente Center für komplexe Fluiddynamik ist eine interdisziplinäre Plattform, die gemeinsam vom MPI für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen, dem MPI für Polymerforschung in Mainz und der Universität Twente in Enschede, Niederlande, genutzt wird. Gemeinsam wollen wir die Komplexität von Mehrkomponentenflüssigkeiten auf allen Längenskalen verstehen, von nanoskopischen Oberflächenwechselwirkungen bis hin zu großen turbulenten Strömungen. Die Gruppen von Stefan Karpitschka und Corinna Maass sind Mitglied in diesem Zentrum, beide untersuchen in diesem Zusammenhang vom Marangoni-Effekt angetriebene Strömungen. Dieser Effekt erlangte eine gewisse Popularität in Form der "Tränen des Weins", frühe wissenschaftliche Arbeiten gehen bis ins 19. Jahrhundert zurück, als Carlo Marangoni und James Clerk Maxwell daran forschten. Noch heute verstehen wir viele Aspekte dieses Effekts nicht, vor allem aufgrund der komplexen Natur der Flüssigkeiten, die sie zeigen. Neueste technologische Herausforderungen, z.B. im Tintenstrahldruck, erfordern ein besseres Verständnis, stellen aber gleichzeitig neue Methoden zur Untersuchung dieser Effekte bereit. [mehr]

Mit Hilfe der tröpfchenbasierten Mikrofluidik untersuchen wir die Dynamik von Mikro- und Nanostrukturen in zweiphasigen Fluiden, von der Organisation amphiphiler Moleküle an Grenzflächen bis zur Tröpfchenstabilität, -bewegung und -aktivierung in Mikrokanälen. [mehr]

Wie schafft die Natur komplexe Morphologien und Muster aus einfachen Bausteinen? Die Strukturbildung in weicher, kondensierter Materie auf der Mikro- und Nanoskala wird durch intermolekulare Kräfte gesteuert. Auf diesen Längenskalen können Grenzflächen das Gesamtverhalten dominieren. Die Forschungsgruppe untersucht Instabilitäten von komplexen Flüssigkeiten in verschiedenen Geometrien und wendet neue experimentelle Techniken an, um die Dynamik biologischer Systeme wie Vesikel und Zellen an oder nahe Grenzflächen zu verstehen. [mehr]

Die Benetzung komplexer Oberflächenstrukturen spielt in vielen natürlichen Systemen sowie in einer Reihe technischer Verfahren eine große Rolle. Das prominenteste Beispiel ist die wasserabweisende Blattoberfläche der Lotusblume. Aber auch die Oberfläche eines porösen Sandsteins, die sich in Kontakt mit einem Erdöl/Wasser Gemisch befindet, kann als eine zufällige Benetzungsgeometrie aufgefasst werden. [mehr]

An einem flüssigem Wasser-Mikro-Jet wird die chemische Zusammensetzung von wasserhaltigen Lösungen mittels Photoelektronen-Spektroskopie mit weicher Röntgenstrahlung vom Synchrotron BESSY untersucht. In Zusammenarbeit mit mehreren theoretischen und experimentellen Gruppen beinhalten aktuelle Studien Oberflächenaktivitäten und Ausrichtung molekularer Anionen, elektronische Zustände von solvatisierten, unabhängigen Ionen von Übergangsmetallen, sowie von DNA in flüssiger, wässriger Lösung. [mehr]

Ziel der Gruppe ist, die Verfestigung komplexer Fluide, einschließlich Böden und Kolloide, zu verstehen. Wie gefrieren oder trocknen sie? Wie brechen sie, wie verändern oder ordnen sie sich? Ein Großteil der Arbeit ist von einfachen geophysikalischen Mustern inspiriert, wie z.B. Schlammrissen. Wir versuchen zu verstehen, wie sich solche Muster bilden und was sie über ihre Umgebung aussagen. [mehr]

Muss ein System von Schwimmern aus lebenden biologischen Einheiten bestehen, um sich zu bewegen und Schwärme zu bilden? Neuere Forschungen an aktiven Partikeln und Emulsionen zeigen, dass dies nicht der Fall ist. Unser Ziel ist es, die Hydrodynamik zwischen Tröpfchen sowie kollektive Wechselwirkungen in einem Modellsystem aus aktiven Flüssigkristalltropfen zu untersuchen. [mehr]

Heute können wir Materie bis hinunter zum atomaren Maßstab manipulieren, und diese Fähigkeit erlaubt es uns, die vielfältigen und noch weitgehend unbekannten Eigenschaften von Systemen zu kontrollieren und zu erforschen, die sich nicht im Gleichgewicht befinden. In dieser Gruppe setzen wir Computersimulationen ein, um das Verhalten von komplexen Flüssigkeiten und Nichtgleichgewichtssystemen zu verstehen. Unser Hauptziel ist es, die treibenden Mechanismen der Materieorganisation zu identifizieren. [mehr]

Granulare Medien wie Sand, Schnee oder Salz zeigen oft das gleiche Verhalten wie konventionelle Festkörper, Flüssigkeiten oder Gläser. Aufgrund ihrer dissipativen Wechselwirkungen und geometrischen Beschränkungen werden jedoch neue Konzepte für eine granulare statistische Mechanik benötigt. [mehr]

Wir arbeiten derzeit auf drei Themengebieten: diskrete Mikrofluidik feuchte granulare Medien Benetzung viskoelastischer und topographisch strukturierter Oberflächen [mehr]

Unser Ziel ist ein grundlegendes Verständnis von Struktur und Dynamik komplexer Netzwerke in Physik und Biologie sowie von technischen und sozialen Netzwerken. Wir konzentrieren uns dabei auf die Berechnung und Steuerung von vernetzten Systemen, insbesondere von neuronalen Schaltungen und Stromnetzen; darüber hinaus stellen die Rückkopplungen in Netzwerkstrukturen sowie deren optimales Design grundsätzliche Fragestellungen dar. Wir entwickeln mathematische Werkzeuge, die zum Verständnis dieser hochkomplexen Systeme erforderlich sind. Das Netzwerkdynamik-Team arbeitet an Grundlagen und Anwendungen in den Bereichen computerbasierte Neurowissenschaften, Informatik, Statistische Physik ungeordneter Systeme, künstliche neuronale Netze und Robotik, sowie in jüngerer Zeit an Stromnetzen und an der Entwicklung von Genen und, seit Neuestem, an komplexen menschlichen Interaktionsnetzwerken. [mehr]

Wissenschaftler aus mehreren unserer Arbeitsgruppen arbeiten gemeinsam am Projekt "Göttingen exploration of Microscale oil reservoir physics - GeoMorph", das von BP Exploration Operating Company Ltd. gefördert wird. [mehr]

MaxSynBio Im Frühjahr 2015 wurde das Verbundprojekt „MaxSynBio“ gestartet, ein Forschungsnetzwerk zur synthetischen Biologie. Fernziel der Arbeiten ist die Herstellung synthetischer Zellen, wofür die Grundlagen dafür in dem Projekt erarbeitet werden sollen. Neun Max-Planck-Institute und die Universität Erlangen-Nürnberg beteiligen sich an dem Verbund, der von der Max-Planck-Gesellschaft und dem BMBF gefördert wird. Aus unserer Abteilung ist die Forschergruppe um Oliver Bäumchen in das Projekt involviert. [mehr]

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat 2014 ein neues Schwerpunktprogramm „Mikroschwimmer – Von der Bewegung einzelner Teilchen zum kollektiven Verhalten (SPP 1726)“ ins Leben gerufen. Das Programm ist für eine Laufzeit von 6 Jahren geplant. Die Schwerpunkte der Forschung liegen in der Untersuchung biologischer Mikroschwimmer, dem Aufbau und der Untersuchung künstlicher Mikroschwimmer sowie der Wechselwirkung und dem Schwarmverhalten von Ensembles von Mikroschwimmern. Unsere Forschunggruppen um Corinna Maaß und Oliver Bäumchen sind in das Programm involviert. [mehr]

Der Sonderforschungsbereich SFB 937 zielt auf ein quantitatives Verständnis der physikalischen Mechanismen, die dazu führen, dass sich weiche und biologische Materie in komplexe Strukturen selbst organisiert, die dann dynamische Funktionen ausführen können, so wie Zellteilung, Zellbewegung und Gewebeentwicklung. Mit diesem Ziel vor Augen untersuchen wir, wie Moleküle und Zellen physikalisch interagieren, Kräfte ausüben, viskoelastisch reagieren, sich gegenseitig bewegen und sich in komplexe funktionelle Muster organisieren. [mehr]