Helmholtz-Gemeinschaft Geschaeftsbericht 2015

Forschungsgruppen und Kooperationspartnern stehen Photonen-, Neutronen- und Ionenquellen, Hochfeld-Magnet- labore und Hochleistungslaser zur Verfügung. Dazu gehö- ren die Forschungsinfrastrukturen ANKA, BER II, BESSY II, ELBE, FLASH, GEMS, HLD, ISZ, JCNS und PETRA III sowie internationale Einrichtungen mit Helmholtz-Beteiligung wie der European XFEL und FAIR. Materie und Technologien Dieses Programm organisiert sich als neue Initiative, um das technologische Knowhow der verschiedenen Helmholtz- Zentren zu bündeln und den Forschungsbereich strategisch weiterzuentwickeln. Zu den Herausforderungen und Zielen gehören die Erforschung und Entwicklung neuer Beschleuniger- technologien sowie die Entwicklung neuer Detektorsysteme DIE PROGRAMME IN DER FÖRDERPERIODE 2015–2019 30 TOPOLOGISCHE ISOLATOREN DURCHLEUCHTET Topologische Isolatoren sind im Innern Isolatoren, während sie an den Oberflächen sehr gut leiten. Daher gelten sie als interessante Kandidaten für neue Informationstech- nologien. Nun hat ein Team am HZB untersucht, welche Rolle die Bewegungsrichtung von Elektronen in Topologi- schen Isolatoren spielt und erstmals auch den Spin der Elektronen betrachtet. Wenn in Zukunft durch das Up- grade der Röntgenquelle BESSY zu BESSY-VSR noch deutlich kürzere Lichtpulse zur Verfügung stehen, möchten sie auch die Dynamik der Elektro- nen untersuchen und so das exotische Verhalten dieser neuen Materialien wirklich verstehen. MAGNETFELDER UND LASER ENTLOCKEN GRAPHEN EIN GEHEIMNIS Zum ersten Mal konnten Forscher des HZDR die Dynamik von Graphen- Elektronen im Magnetfeld untersuchen. Mithilfe eines Lasers regten sie die negativ geladenen Teilchen auf ein bestimmtes Energieniveau an. Dabei stellte sich heraus, dass sich gerade das Niveau leerte, in das der Laser stets neue Elektronen pumpte. Der Effekt wird durch Stoßprozesse zwischen den Teilchen verursacht. Die Entdeckung könnte die Entwick- lung eines Lasers ermöglichen, der Licht mit beliebig einstellbarer Wellen- länge im Infrarot- und Terahertz-Bereich produzieren kann. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) Elektronen verhalten sich in topologischen Isolatoren annähernd wie Licht und bilden einen Lichtkegel (Dirac-Kegel). Bild: HZB Auger-Streuung im Graphen verursacht Um- verteilung der Elektronen. Bild: Michael Voigt/HZDR Karlsruher Institut für Technologie (KIT) NEUE ERKENNTNISSE ZUR KOSMISCHEN STRAHLUNG Energiereiche Teilchen, die die Erde erreichen, liefern wichtige Informationen über das Univer- sum. Um die ursprüngliche Zusammensetzung und Energie dieser Teilchen zu bestimmen, ist es erfor- derlich, sie mit einem Detektor außerhalb der At- mosphäre zu vermessen. Dies ist die Aufgabe des Teilchendetektors AMS (Alpha-Magnet-Spektrome- ter), der im Mai 2011 auf der Internationalen Raum- station ISS installiert wurde. Eine Nachwuchsgruppe des Karlsruher Instituts für Technologie konnte mit den Daten von AMS den Gesamtfluss von Elektro- nen und Positronen bestimmen. Mit dem Teilchendetektor AMS auf der Internationalen Raumstation ISS erforschen Wissenschaftler Ursprung und Natur der kosmischen Strahlung. Bild: NASA

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