Doktorandenpreis

Auszeichnung in Berlin

Preisträger des Helmholtz-Doktorandenpreis 2017 (Bild. Michael Reinhardt)

Sechs Doktoranden wurden auf der Jahrestagung der Helmholtz-Gemeinschaft für ihre besonderen wissenschaftlichen Leistungen ausgezeichnet. In Kurzinterviews erzählen sie, worum es bei ihrer Forschung geht und was sie in der Zukunft vorhaben.


Christoph Bäumer forscht am Forschungszentrum Jülich (FZJ)

Herr Bäumer: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

In meiner Forschung beschäftige ich mich mit sogenannten memristiven Speicherbauelementen. Diese Speicher gelten als äußerst schnell und energiesparend - und sie sind nichtflüchtig, die Daten bleiben auch dann noch erhalten, wenn der Strom abgeschaltet wird. Mit diesen Eigenschaften gelten sie als Hoffnungsträger für die Computer der Zukunft. Noch ist die Technologie nicht ausgereift genug, um die Bauelemente gezielt zu entwerfen. In meiner Promotionsarbeit konnte ich das Schaltverhalten der Speicher unter dem Photoemissionsmikroskop sichtbar machen und genau bestimmen. Das hat zu einem besseren Verständnis der Schalt- und Ausfallmechanismen beigetragen.

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Die größten Herausforderungen hingen mit der Arbeit an Synchrotron-Großforschungseinrichtungen zusammen. Solche Experimente kann man nur etwa ein oder zwei Mal im Jahr durchführen. Deshalb mussten wir jedes Experiment bereits Monate im Voraus punktgenau planen und beantragen, und innerhalb weniger Tage und Nächte die notwendigen Daten sammeln, die letztendlich für die Beantwortung unserer Forschungsfrage notwendig waren.

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

Ich werde auch in der Zukunft an komplexen Oxidmaterialien forschen, allerdings den Schwerpunkt von der Informationstechnologie in die Energieforschung verschieben. Denn ähnliche Materialien wie in den Speicherzellen können auch zur Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse von Wasser genutzt werden. So kann Energie gespeichert und weiter genutzt werden. Wegen der Unstetigkeit der erneuerbaren Energien sind solche Speicherkonzepte unabdingbar für das Gelingen der Energiewende. Für die Herstellung der dafür nötigen Katalysatoren möchte ich die Materialien im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen dem Forschungszentrum Jülich und der Stanford University untersuchen.

Christoph Bäumer wurde in Coesfeld (NRW) geboren. Er studierte an der RWTH Aachen und schloss anschließend seinen Master in Materialwissenschaften an der University of Illinois at Urbana-Champaign ab. Am Forschungszentrum Jülich promovierte er dann im Fach Physik. 


Laleh Haghverdi forscht am Helmholtz-Zentrum München

Frau Haghverdi: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

In meiner Doktorarbeit ging es darum, die Entwicklungsstadien von Zellen anhand ihres Genexpressionsprofils zu bestimmen. Dabei haben wir nicht auf die durchschnittliche Genexpression in der Zellpopulation geschaut, sondern die Zellen einzeln analysiert. Die Zelldifferenzierung hat eine zeitliche Dynamik. Diese Zeitinformationen sind jedoch in Genexpressionsexperimenten an Einzelzellen nicht direkt verfügbar. Infolgedessen der asynchronen Entwicklung kann man zu jedem Messzeitpunkt nur eine Mischung von Zellen aus unterschiedlichen Entwicklungsstadien erfassen ohne zu wissen, welcher Entwicklungszeit  sie zuzuordnen sind. In meiner Doktorarbeit entwickelten wir eine "Pseudozeit"- ein Maß stellvertretend für die fehlende Entwicklungszeit in Genexpressionsexperimenten an Einzelzellen.

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Ein völlig  neues und robustes Verfahren zur „pseudo-zeitlichen“ Ordnung von Zellen zu entwickeln war eine große Herausforderung. Wir haben das auf der Grundlage des Diffusionskonzeptes und früherer Arbeiten von Mathematikern an einem Verfahren zur Dimensionsreduktion, das "Diffusionskarten" ("diffusion maps") genannt wird, getan.

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

Gegenwärtig arbeite ich an einem weiteren Aspekt von Einzelzell-Expressionsdaten und der Integration mehrerer Datensätze. Ich bin mir noch nicht sicher, was ich danach genau machen werde. Was ich sicher weiß ist, dass es immer reichlich nützliche Arbeit zu tun und neue Richtungen zu erkunden gibt, die darauf warten, dass jemand Anstrengungen darauf verwendet und sich ihnen widmet.

Laleh Haghverdi wurde im Iran geboren und hat an der Scharif-Universität für Technologie in Teheran studiert. Promoviert hat sie an der Technischen Universität München und dem Helmholtz Zentrum München.


Johann Haber forscht am  Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg

Herr Haber: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

Die Quantennatur des Lichts beschreibt die Wechselwirkung von Licht und Materie. Licht kann sowohl den Charakter von Wellen als auch von Teilchen haben. Experimente beschränken sich bei Quantenphänomenen überwiegend auf den Bereich des sichtbaren Lichts und der Mikrowellenstrahlung. Beispiele sind hochpräzise Messtechniken oder auch erste Ansätze in der Signalübertragung im Quantencomputing. In meiner Doktorarbeit ging es darum, Voraussetzungen für solche Anwendungen auch im Bereich der hochenergetischen Röntgenstrahlung zu legen. Dazu muss man die Eigenschaften des Röntgenlichts möglichst präzise kontrollieren können. Das betrifft die Stärke des Rauschens, die spektrale Reinheit und sogar die Geschwindigkeit eines Lichtpulses. Mein Ziel war es, die sogenannte starke Kopplung zwischen Röntgenlicht und resonanter Materie nachzuweisen.

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Es ist eine Plattitüde, aber die größte Herausforderung ist, in Momenten der Frustration weiterzumachen und weiter nach Lösungen zu suchen.

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

Ich habe vor kurzem eine Stelle als PostDoc am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) angetreten und bleibe dort nun erst einmal zwei Jahre, um auf dem Gebiet der nichtlinearen Röntgenoptik zu forschen.

 

Johann Haber wurde in Bonn geboren und studierte Physik in Berlin und Göttingen. Promoviert hat er am DESY in Hamburg.


Emma Järvinen forscht am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Frau Järvinen: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

Die Klimawirkung von Eiswolken, sogenannte Zirren, ist bis heute nicht vollständig verstanden. Das mangelnde Verständnis führt zu Unsicherheiten bei Klimaprognosen. Fest steht, dass die Eisteilchen durch Streuung und Absorption von Licht den Energiehaushalt der Erde beeinflussen. In meiner Doktorarbeit habe ich das Lichtstreuverhalten dieser Partikel, in Laborversuchen und mit Messflugzeugen untersucht. Dabei konnte ich zeigen, dass atmosphärische Eispartikel eine hohe Komplexität (z.B. durch Oberflächenrauigkeit) aufweisen, was die Winkelverteilung des gestreuten Lichtes dramatisch verändert. Die Ergebnisse meiner Untersuchungen werden momentan in aktuellen Klimamodellen getestet.

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Die größte Herausforderung für mich war die Arbeit mit zuvor noch nie getesteten Messinstrumenten. Dazu gehörten ein Messinstrument für Flugzeuge, welches zuvor noch nie geflogen ist und ein Instrument, das ich selbst zusammengebaut habe. Jeder Doktorand der Experimentalphysik kann sicherlich nachvollziehen, unter welchem Druck man steht, wenn man in drei Jahren ein Instrument aufbauen, charakterisieren und damit gute Daten produzieren muss. Zudem erschweren Flugzeugmessungen die Untersuchungen, da Flugstunden nur sehr begrenzt sind. Wichtig war es nicht die Nerven zu verlieren und an sich selbst zu glauben, um Rückschläge wegzustecken und immer weiter zu machen.

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

In Zukunft möchte ich mich auch weiterhin mit diesem spannenden Thema beschäftigen. Wolken- und Aerosolpartikel sind sehr wichtig für die Klimamodellierung, werden aber bisher nur sehr unzureichend experimentell untersucht. Ich hoffe später eine eigene Forschungsgruppe mit diesem Thema aufzubauen. Zuerst möchte ich aber als PostDoc noch einige internationale Messflugzeug-Projekte mitmachen.

Emma Järvinen wurde im Vantaa, Finnland geboren. Sie hat Physik an der Universität Helsinki studiert, wo sie ihren Bachelor- und Master-Abschluss in Atmosphärenphysik gemacht hat. 2013 begann sie ihre Doktorarbeit am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).


Benjamin Korth forscht am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig

Herr Korth: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

In der von Falk Harnisch am UFZ geleiteten Forschungsgruppe Mikrobielle Bioelektrokatalyse und Bioelektrotechnologie, beschäftigen wir uns mit elektroaktiven Mikroorganismen. Das Besondere an diesen Lebensformen ist, dass sie in ihrem Stoffwechsel Elektronen mit der Umgebung austauschen. Elektroaktive Mikroorganismen "atmen" beispielsweise Eisenminerale, können Elektronen aber auch an Elektronenleiter in technischen Systemen übertragen. Diese  Mikroorganismen übernehmen offenbar vielfältige Aufgaben in der Natur Sehr vielversprechend ist ihre Anwendung in der  Biotechnologie – ein Forschungsgebiet, das mittlerweile unter der Bezeichnung Elektrobiotechnologie zusammengefasst wird. Elektroaktive Mikroorganismen können etwa Abwasser reinigen und dabei Strom produzieren.  Mit mikrobiellen Brennstoffzellen könnten in Zukunft Kläranlagen energiesparender betrieben werden. Während meiner Promotion habe ich Methoden entwickelt, um die Thermodynamik, also die Effizienz von Energieumwandlungen, dieser Mikroorganismen zu analysieren. Gemeinsam mit Gruppenleiter Thomas Maskow habe ich am UFZ ein sogenanntes Bioelektrokalorimeter entwickelt. Damit konnten wir erstmalig die Wärmeflüsse von elektroaktiven Mikroorganismen in Echtzeit verfolgen und einen Effektbeschreiben, der für die Energiebilanz von elektrobiotechnologischen Anwendungen mutmaßlich eine große Rolle spielt.

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Die experimentelle und intellektuelle Verknüpfung von Mikrobiologie, Elektrochemie und Thermodynamik war sicher eine besondere Herausforderung. Auch weil ich mich in meiner Diplomarbeit in einem anderen Gebiet der Biochemie bewegt habe. Mit der Bioelektrokalorimetrie haben wir wissenschaftliches Neuland betreten und die beiden Disziplinen der mikrobielle Elektrochemie und Kalorimetrie erstmals miteinander verknüpft. Die Entwicklung einer neuen Messmethode ist nie planbar und mit einigen Risiken verbunden. Das ist bei der Konzeption nur schwer absehbar. Es hat dann auch zwei Jahre gedauert, bis das Meßsystem stabil lief und wir die ersten vielversprechenden Messungen durchführen konnten.

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

Ich bin in der glücklichen Situation, dass ich meine Forschung in unserer Arbeitsgruppe fortführen kann und bis 2020 als Wissenschaftler am UFZ angestellt bin. Während meiner Promotion haben sich einige Projekte herauskristallisiert, die ich gerne weiter fortführen und vertiefen möchte. Darüber hinaus werde ich demnächst mein größtes Experiment beginnen: die Geburt meiner Tochter steht unmittelbar bevor!

Benjamin Korth wurde in Merseburg geboren und wuchs im sachsen-anhaltinischen Mücheln/Geiseltal auf. Er studierte Biochemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und wechselte für seine Promotion an das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig. Dabei führten ihn zwei Auslandsaufenthalte an die TU Delft.


Estefania Munoz Diaz am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Frau Munoz Diaz: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

Smartphones lassen sich mit Hilfe von Satellitensignale schnell und einfach lokalisieren. Die Standortbestimmung kann sehr nützlich sein, um sich zurechtzufinden oder sogar Leben zu retten. In dicht bebauten Städten, in Gebäuden und in U-Bahnen werden Satellitensignale häufig nur fehlerhaft oder gar nicht empfangen. In meiner Forschung habe ich mich intensiv mit Inertialsensoren, die heute in allen gängigen Smartphones eingebaut sind, beschäftigt. Mit Hilfe dieser Sensoren ist mir erstmals eine kontinuierliche dreidimensionale Lokalisierung von Smartphones gelungen. Die Sensoren sind kostengünstig und besitzen daher einen hohen Drift, der mitgeschätzt werden muss. Zur genauen Schätzung dieses Drifts musste ich zunächst die richtigen Vorstellungen zur Modellierung entwickeln und dann die nötigen experimentellen Daten sammeln. Für die Experimente motivierte ich zahlreiche Freiwillige mit unterschiedlichen Gangparametern. Damit ist es mir gelungen, eine genaue Lokalisierung von Personen zu realisieren. Diese ermöglicht es Fußgängern nun, sich in großen Gebäudekomplexen, wie Fabrikanlagen oder Einkaufscentern, einfacher zurechtzufinden.

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Besonders spannend war für mich die Zusammenarbeit mit der Internationalen Atomenergie-Organisation. Dort wurde mein Lokalisierungsverfahren bei der Begehung durch die Inspektoren eingesetzt. Die größte Herausforderung dabei war, die von mir entwickelten Algorithmen auf einen hohen technologischen Reifegrad zu bringen. Privat stand ich vor einer ganz besonderen Herausforderung. In meinem letzten Promotionsjahr ist mein erstes Kind zur Welt gekommen. Durch eine gute Planung und die Unterstützung meines Mannes konnte ich das allerdings wunderbar bewältigen. Geholfen haben dabei auch die flexiblen Arbeitszeiten bei meinem Arbeitgeber DLR.

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

Aktuell wende ich meine Forschungsergebnisse an, um Fußgänger und Radfahrer im Straßenverkehr effektiv zu schützen. Dafür ist eine Vernetzung aller Verkehrsteilnehmer notwendig. Autofahrer, Radfahrer und Fußgänger müssen voneinander wissen.

Estefania Munoz Diaz wurde in Spanien, in der Nähe von Madrid geboren. Sie hat an der Universidad Politécnica de Madrid studiert und ihr Studium mit einem Universitätsaufenthalt an der Technischen Universität München abgerundet. 2012 begann sie ihre Doktorarbeit am DLR-Institut für Kommunikation und Navigation, die sie 2016 abschloss.


Die Helmholtz-Gemeinschaft in 30 Sekunden

Der Helmholtz Imagefilm 2017

Die Helmholtz-Gemeinschaft ist Deutschlands größte Wissenschaftsorganisation.

helmholtz.de/imagefilm

15.09.2017, Fragen: Agata Tuzimek

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