GRK 1558:  Kollektive Dynamik im Nichtgleichgewicht: in kondensierter Materie und biologischen Systemen

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie ; Grundlagen der Biologie und Medizin ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 87159868

Der Transport wechselwirkender Elektronen im Nichtgleichgewicht durch Halbleiter-Quantenpunkte deckt deren Quantenkorrelationen auf. Nanostäbchen in wässriger Lösung, angetrieben durch eine Scherströmung, zeigen komplexe Bewegungsmuster auch mit chaotischen Merkmalen. Neuronen im Gehirn wechselwirken über Pulse des Aktionspotenzials und koordinieren sich damit in nichtlinearen Anregungswellen.
Diese drei Beispiele verdeutlichen Systeme, die im Graduiertenkolleg untersucht werden. Um das Thema in seiner Breite zu erfassen, wurde ein Forschungsprogramm mit drei Projektbereichen initiiert, die sich auf ausgewählte Materialsysteme fokussieren. Innerhalb der harten kondensierten Materie konzentrieren wir uns auf den nichtlinearen Transport und die Quantenoptik in Halbleiter-Nanostrukturen. Bei der weichen Materie untersuchen wir die kollektive Dynamik von in wässriger Lösung verteilten kolloidalen Teilchen und ihre hydrodynamische Wechselwirkung. Schließlich studieren wir Selbstorganisation und nichtlineare Wellen in aktiven biologischen Materialien an - repräsentiert durch Biofilme - dem neuronalen System und dem Herzen.
Das Graduiertenkolleg ist eine interdisziplinäre Initiative, weil es darauf abzielt, gemeinsame Eigenschaften und Methoden in der Beschreibung der kollektiven Dynamik wechselwirkender Einheiten im Nichtgleichgewicht aufzuzeigen. Dadurch erwarten wir neue Sichtweisen auf unsere Forschungsfelder aus der Physik und Biologie. Das Forschungsprogramm vereint theoretische Projekte, mit starkem Bezug zum Experiment, und zwei experimentelle Gruppen. Obwohl es sich auf Grundlagenforschung konzentriert, wird es auch durch mögliche Anwendungen in der Medizin oder in neuartigen, z.B. photonischen oder mikrofluidischen Apparaturen motiviert.
Der interdisziplinäre Zugang des Graduiertenkollegs ermöglicht in idealer Weise eine breite, aber auch in die Tiefe gehende Ausbildung, die die Chancen der Promovierten auf dem industriellen und akademischen Arbeitsmarkt erhöhen. Wir bieten daher ein Studienprogramm und ein Qualifizierungskonzept, das die interdisziplinäre Ausbildung der Promovierenden fördert. Darüber hinaus werden Seminarsprecher aus der angewandten Forschung und der Industrie eingeladen. Sie sollen über Anwendungen berichten, die einen Bezug zum Forschungsprogramm des Graduiertenkollegs haben. Die einzelnen Doktorarbeiten werden gemeinsam durch zwei bis drei Projektleiter betreut.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Technische Universität Berlin
• Beteiligte Institution: Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC); Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB); Standort Berlin
• Sprecher: Professor Dr. Holger Stark
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Carsten Beta; Professor Dr. Tobias Brandes (†); Professor Dr. Markus Bär; Professor Dr. Harald Engel; Professor Dr. Martin Falcke; Professorin Dr. Sabine Klapp; Professor Dr. Andreas Knorr; Professor Dr. Roland Netz; Professor Dr. Eckehard Schöll; Professorin Dr. Ulrike K. Woggon