Helmholtz-Promotionspreis für herausragende Forschungsleistungen

Mariam Amghar

Deutsches Krebsforschungszentrum - DKFZ

Für Patienten mit fortgeschrittenem, therapieresistentem Prostatakrebs sind die Behandlungsmöglichkeiten oft begrenzt. Gezielte Radionuklidtherapien bieten neue Chancen, doch bislang lässt sich nur eingeschränkt vorhersagen, welche Patienten davon profitieren. Im Rahmen ihrer Promotion untersucht Mariam Amghar am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ), wie sich mithilfe von Tumor-DNA aus Blutproben das Ansprechen auf diese Therapien frühzeitig erkennen und vorhersagen lässt. Dafür kombiniert sie molekulare Analysen mit klinischen Daten und bildgebenden Verfahren, um geeignete Patienten gezielter auszuwählen und mögliche Resistenzen frühzeitig zu erkennen. Ihre Forschung schafft damit wichtige Grundlagen für eine personalisierte Krebsbehandlung, die unnötige Nebenwirkungen und Kosten reduzieren und Patienten wertvolle zusätzliche Lebenszeit ermöglichen könnte.

Timur Bikulov

Forschungszentrum Jülich / RWTH Aachen

Magnetische Nanopartikel bieten zahlreiche potenzielle Anwendungsmöglichkeiten in der Biomedizin, doch für ihren gezielten Einsatz ist eine präzise Charakterisierung ihrer magnetischen Eigenschaften erforderlich. Im Rahmen seiner Doktorarbeit am Forschungszentrum Jülich hat Timur Bikulov die theoretische Beschreibung nichtlinearer magnetischer Frequenzmischungseffekte weiterentwickelt und auf der Grundlage dieser Erkenntnisse eine neue Messmethode entwickelt. Diese Methode untersucht direkt die nichtlineare Reaktion an dem Punkt, an dem sie am stärksten von den Eigenschaften der Partikel beeinflusst wird, und erreicht damit eine deutlich höhere Auflösung als etablierte Verfahren. Ein kompaktes Messgerät in Laborqualität ermöglicht die schnelle und präzise Charakterisierung magnetischer Nanopartikel, einschließlich ihrer magnetischen Kerngrößenverteilung und ihres Relaxationsprofils. Damit liefert seine Arbeit eine wichtige Grundlage für die Qualitätssicherung und die Weiterentwicklung von Technologien auf Nanopartikelbasis.

Katrin Geng

Karlsruher Instituts für Technologie / Helmholtz-Institut Ulm

Lithium-Metall-Batterien versprechen besonders hohe Energiedichten, doch Sicherheits- und Stabilitätsprobleme an ihren inneren Grenzflächen erschweren bislang einen breiten Einsatz. Im Rahmen ihrer Promotion am Helmholtz-Institut Ulm des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersuchte Katrin Geng die Vorgänge an der Grenzfläche zwischen Lithium und festen Polymerelektrolyten. Sie entwickelte und validierte ein zuverlässiges Verfahren, um den Widerstand des Ladungstransfers zu bestimmen und analysierte dessen Einfluss auf die reversible Abscheidung und Auflösung von Lithium. Darüber hinaus klärte sie, wie die mechanischen Eigenschaften des Polymerelektrolyten die Form und Struktur der Lithiumabscheidung beeinflussen. Ihre Ergebnisse vertiefen das Verständnis dieser entscheidenden Grenzfläche und liefern wichtige Ansatzpunkte für die Entwicklung sicherer und leistungsfähiger Lithium-Metall-Batterien.

Laurids Jeppe

Deutsches Elektronen-Synchrotron / Universität Hamburg

Top-Quarks sind die schwersten bekannten Elementarteilchen und bieten einen besonderen Zugang zu den fundamentalen Bausteinen und Kräften der Natur. Im Rahmen seiner Promotion am DESY analysierte Laurids Jeppe Daten des CMS-Experiments am CERN und bestimmte erstmals den Wirkungsquerschnitt für die Erzeugung von Top-Quark-Antiquark-Paaren bei einer Kollisionsenergie von 13,6 Teraelektronenvolt. Er spielte eine führende Rolle bei der erstmaligen Beobachtung von Toponium, einem kurzlebigen System aus einem Top-Quark und seinem Antiquark. Darüber hinaus suchte er nach zusätzlichen Higgs-ähnlichen Teilchen, die Hinweise auf Physik jenseits des Standardmodells und mögliche Verbindungen zur Dunklen Materie liefern könnten. Seine Arbeit ermöglicht präzise Tests des Standardmodells und eröffnet neue Einblicke in die starke Wechselwirkung im Bereich der schwersten Quarks.

Maximilian Mennicken

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt / Universität der Bundeswehr München

Eng in das Flugzeug integrierte Antriebe können die Luftfahrt effizienter machen, stellen jedoch besondere Anforderungen an die Auslegung ihrer Schuberzeuger. Sie saugen auch die langsamere Luft entlang der Flugzeugoberfläche an und müssen dabei trotz ungleichmäßiger Anströmung zuverlässig arbeiten. Im Rahmen seiner Promotion entwickelte Maximilian Mennicken am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) eine Methode, die das Zusammenspiel von Lufteinlauf und Schuberzeuger bereits in einer frühen Entwurfsphase erfasst. Durch die Verbindung etablierter Simulationsverfahren mit einem neuen Vorauslegungsansatz lassen sich Antrieb und Fluggerät gemeinsam aufeinander abstimmen und aerodynamische sowie mechanische Belastungen berücksichtigen. Seine Arbeit schafft damit eine wichtige Grundlage für robuste, effizientere Antriebssysteme und eine klimaverträglichere Luftfahrt.

Israel Ibukun Olaniyan

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie / Freie Universität Berlin

Es werden immer kleinere, energieeffiziente elektronische Bauteile benötigt, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Informationsverarbeitung zu verbessern. Im Rahmen seiner Promotion am Helmholtz-Zentrum Berlin fertigte Israel Ibukun Olaniyan Nanostrukturen aus bleifreiem, ferroelektrischem Bariumtitanat auf Silizium und untersuchte ihre elektrischen Eigenschaften. Dabei wies er erstmals in solchen Nanostrukturen wirbelartige Polarisationszustände mit einem Drehsinn nach, die sich durch elektrische Impulse reversibel umschalten lassen. Darüber hinaus erzeugte er mehrere unterscheidbare Polarisationszustände für mögliche analoge Speicher und zeigte, dass auch UV-Licht die Polarisation und die Kristallstruktur der dünnen Schichten verändern kann. Seine Ergebnisse schaffen damit wichtige Grundlagen für besonders kompakte und energiesparende Speicher, Schalter und Sensoren auf Basis etablierter Siliziumtechnologie.

Tainã Marcos Lima Pinho

Alfred-Wegener-Institut / Universität Bremen

Wie der ostantarktische Eisschild auf Klimaveränderungen reagiert, ist entscheidend für die Entwicklung des Meeresspiegels und der globalen Ozeanzirkulation. Im Rahmen seiner Promotion rekonstruierte Tainã Marcos Lima Pinho anhand verschiedener geologischer Klimaindikatoren die Dynamik des Eisschilds und dessen Wechselwirkungen mit dem Südlichen Ozean und dem Atlantik während der vergangenen 75.000 Jahre. Dabei zeigte er enge Verbindungen zwischen Veränderungen der atmosphärischen und ozeanischen Zirkulation in subtropischen und polaren Regionen auf, die unter anderem den Schmelzwassereintrag und die Bildung antarktischen Bodenwassers beeinflussten. Schwankungen auf Zeitskalen von Jahrtausenden standen dabei sowohl mit periodischen Veränderungen der Sonneneinstrahlung als auch mit einem Klimamuster in Zusammenhang, das der heutigen Südlichen Ringförmigen Schwingung ähnelt. Seine Ergebnisse helfen zu verstehen, wie Ozeane und Eisschilde auf die globale Erwärmung reagieren und durch Rückkopplungen das Klima mitgestalten.

Pia Rautenstrauch

Max Delbrück Center / Humboldt-Universität zu Berlin

Moderne Einzelzellanalysen erfassen unterschiedliche molekulare Eigenschaften Tausender Zellen, doch diese umfangreichen und oft lückenhaften Daten zuverlässig zusammenzuführen, bleibt eine große Herausforderung. Im Rahmen ihrer Promotion entwickelte Pia Rautenstrauch das auf Deep Learning basierende Modell „liam“, das verschiedene molekulare Datenebenen integriert und auch bei schwankender Datenqualität und teilweise fehlenden Messungen robuste Ergebnisse liefert. Darüber hinaus zeigte sie, dass eine weitverbreitete Bewertungsmetrik selbst dann gute Ergebnisse bescheinigen kann, wenn die Datenintegration scheitert, und entwickelte Ansätze für aussagekräftigere Vergleiche. In einer Zusammenarbeit zur Erforschung angeborener Muskelerkrankungen trug sie zudem zum Aufbau eines „digitalen Zwillings“ der Muskelentwicklung bei, der künftig helfen soll, krankheitsrelevante Veränderungen außerhalb der proteincodierenden Genabschnitte zu identifizieren. Ihre Arbeit schafft damit wichtige methodische Grundlagen, um Einzelzelldaten verlässlich auszuwerten und für die Erforschung seltener Erkrankungen nutzbar zu machen.

Hannes Rox

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf / Technische Universität Dresden

Die Herstellung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse soll effizienter, kostengünstiger und nachhaltiger werden, doch Gasblasen auf den Elektroden können die elektrochemischen Prozesse behindern. Im Rahmen seiner Promotion untersuchte Hannes Rox erstmals gleichzeitig die Verteilung dieser Blasen und elektrochemische Kenngrößen, um ihren Einfluss genauer zu erfassen. Er entwickelte gemeinsam mit der Professur für Strömungsmechanik der TU Dresden einen membranfreien alkalischen Elektrolyseur, der ohne PFAS-Materialien auskommt und Wasserstoff und Sauerstoff durch eine gezielte Strömungsführung voneinander trennt. Darüber hinaus erarbeitete er in Kooperation mit der Professur für laserbasierte Fertigung der TU Dresden Elektroden mit unterschiedlich benetzbaren Bereichen, die verhindern, dass Gasblasen den Katalysator blockieren, und dadurch die benötigte Zellspannung senken. Seine Arbeit liefert damit wichtige Ansätze für eine energieeffizientere Wasserstoffproduktion und die Weiterentwicklung nachhaltiger Elektrolysetechnologien.

Pallav Kumar Shrestha

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung / Universität Potsdam

Zuverlässige Hochwasserwarnungen erfordern präzise Abflussberechnungen, doch kleine Einzugsgebiete und Staudämme werden in globalen hydrologischen Modellen bislang nur unzureichend berücksichtigt. Im Rahmen seiner Promotion am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) entwickelte Pallav Kumar Shrestha neue Methoden, um diese Einflüsse im hydrologischen Modellsystem mHM über verschiedene räumliche Maßstäbe hinweg abzubilden. Damit lassen sich Abflüsse auch in bewirtschafteten Flussabschnitten weltweit ortsgenauer abschätzen und wichtige Eingangsdaten für Hochwasserfrühwarnsysteme verbessern. Seine Ergebnisse schaffen zugleich eine Grundlage für ein vorausschauendes Wassermanagement, das sowohl Hochwasser als auch Dürren berücksichtigt. Gemeinsam mit Akteuren des Wassersektors in Nepal treibt er zudem die Anwendung der weiterentwickelten Modellversion in seiner Heimat voran, die als Pilotprojekt für gebirgige Regionen mit wenigen verfügbaren Messdaten dienen soll.

Johanna Wydra

Karlsruher Institut für Technologie

Das Fließverhalten von Tritiumgas spielt sowohl für zukünftige Fusionskraftwerke als auch für die präzise Bestimmung der Neutrinomasse eine wichtige Rolle, war jedoch bislang experimentell nur unzureichend bekannt. Im Rahmen ihrer Promotion am Tritiumlabor Karlsruhe bestimmte Johanna Wydra erstmals die Viskosität von molekularem Tritium im Temperaturbereich von 100 bis 300 Kelvin. Dafür entwickelte und validierte sie eine neue Messapparatur, die für den Einsatz mit radioaktivem Tritium bei tiefen Temperaturen geeignet ist. Ihre Ergebnisse liefern wichtige Eingangsdaten für die Modellierung und Überwachung von Tritiumkreisläufen in Fusionsanlagen und helfen, systematische Unsicherheiten im KATRIN-Experiment zur Bestimmung der Neutrinomasse zu reduzieren. Die Messinfrastruktur eröffnet darüber hinaus Anwendungsmöglichkeiten für die Industrie, etwa zur Untersuchung der Eigenschaften verschiedener Gase und Gasgemische.