HZB Newsroom

Gefriergussverfahren sind ein kostengünstiger Weg, um hochporöse Materialien mit hierarchischer Architektur, gerichteter Porosität und multifunktionalen inneren Oberflächen herzustellen. Gefriergegossene Materialien eignen sich für viele Anwendungen, von der Medizin bis zur Umwelt- und Energietechnik. Ein Beitrag im Fachjournal „Nature Reviews Methods Primer“ vermittelt nun eine Anleitung zu Gefriergussverfahren, zeigt einen Überblick, was gefriergegossene Werkstoffe heute leisten, und skizziert neue Einsatzbereiche. Ein besonderer Fokus liegt auf der Analyse dieser Materialien mit Tomoskopie.

Die Infrarot-Beamline IRIS am Speicherring BESSY II bietet nun eine vierte Option, um Materialien, Zellen und sogar Moleküle auf verschiedenen Längenskalen zu charakterisieren. Das Team hat die IRIS-Beamline mit einer Endstation für Nanospektroskopie und Nanoimaging erweitert, die räumliche Auflösungen bis unter 30 Nanometer ermöglicht. Das Instrument steht auch externen Nutzergruppen zur Verfügung.

Vor dem Eingang des BESSY- Gebäudes wird eine Kunstinstallation aufgebaut. In einem Wettbewerbsverfahren setzte sich eine Skulptur durch, die auch zum Sitzen und zur Begegnung einlädt.

Am Freitag, den 19. April 2024, haben der wissenschaftliche Geschäftsführer des Helmholtz-Zentrum Berlin, Bernd Rech, und der Präsident des Korea Institute of Energy Research (KIER), Yi Chang-Keun, in Daejeon (Südkorea) ein Memorandum of Understanding (MOU) unterzeichnet.

Das Verbrennen von Biomasse beim Kochen belastet Gesundheit und Umwelt. Die deutsch-südafrikanische Initiative GreenQUEST entwickelt einen sauberen Haushaltsbrennstoff. Er soll klimaschädliche CO₂-Emissionen reduzieren und den Zugang zu Energie für Haushalte in afrikanischen Ländern südlich der Sahara verbessern.

Vom 1. bis 8. September informiert die Quantsol Summer School 2024 über Grundlagen der solaren Energieumwandlung.

Die International Summer School on Photovoltaics and New Concepts of Quantum Solar Energy Conversion (Quantsol) findet im September 2024 in Hirschegg, Kleinwalsertal, Österreich statt. Bewerbungen können bis zum 31. Mai 2024, 23:59 Uhr MEZ eingereicht werden. Organisiert wird die Schule vom Helmholtz-Zentrum Berlin und der Technischen Universität Ilmenau.

Anorganische Perowskit-Solarzellen aus CsPbI₃ sind langzeitstabil und erreichen gute Wirkungsgrade. Ein Team um Prof. Antonio Abate hat nun an BESSY II Oberflächen und Grenzflächen von CsPbI₃ -Schichten analysiert, die unter unterschiedlichen Bedingungen produziert wurden. Die Ergebnisse belegen, dass das Ausglühen in Umgebungsluft die optoelektronischen Eigenschaften des Halbleiterfilms nicht negativ beeinflusst, sondern sogar zu weniger Defekten führt. Dies könnte die Massenanfertigung von anorganischen Perowskit-Solarzellen weiter vereinfachen.

Ein Team am HZB hat an BESSY II eine neue, einfache Methode untersucht, mit der sich stabile radiale magnetische Wirbel in magnetischen Dünnschichten erzeugen lassen.

Ein verbessertes Ladeprotokoll könnte die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien deutlich verlängern. Das Laden mit hochfrequentem gepulstem Strom verringert Alterungseffekte. Dies zeigte ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm (HZB und Humboldt-Universität) in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin und der Aalborg University in Dänemark. Besonders aufschlussreich waren Experimente an der Röntgenquelle BESSY II.

Die Wechselwirkungen zwischen Phosporsäure und dem Platin-Katalysator in Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen sind komplexer als bisher angenommen. Röntgen-Experimente an BESSY II in einem mittleren Energiebereich (tender x-rays) haben die vielfältigen Oxidationsprozesse an der Platin-Elektrolyt-Grenzfläche entschlüsselt. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle diese Prozesse beeinflusst, so dass sich hier Möglichkeiten bieten, um Lebensdauer und Wirkungsgrad von Brennstoffzellen zu erhöhen. 

Dr. Artem Musiienko ist für seine bahnbrechende neue Methode zur Charakterisierung von Halbleitern mit einem besonderen Preis ausgezeichnet worden. Auf der Jahreskonferenz der Marie Curie Alumni Association (MCAA) in Mailand, Italien, wurde ihm der MCAA Award für die beste Innovation verliehen. Seit 2023 forscht Musiienko mit einem Postdoc-Stipendium der Marie-Sklodowska-Curie-Actions in der Abteilung von Antonio Abate, Novel Materials and Interfaces for Photovoltaic Solar Cells (SE-AMIP) am HZB.

Dr. Sebastian Keckert wird mit dem Nachwuchspreis für Beschleunigerphysik der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) ausgezeichnet. Der Preis ist mit 5000 Euro dotiert und wurde ihm am 21.03. während der Frühjahrstagung in Berlin feierlich verliehen. Er würdigt die herausragenden Leistungen des Physikers bei der Entwicklung neuer supraleitender Dünnschicht-Materialsysteme für Hohlraumresonatoren.

Nachdem die Eizelle von einem Spermium befruchtet wurde, zieht sich die Eihülle zusammen und schützt den Embryo, indem sie mechanisch das Eindringen weiterer Spermien verhindert. Diesen neuen Einblick hat nun ein Team des Karolinska Instituts u.a. durch Messungen an den Röntgenlichtquellen BESSY II, DLS und ESRF gewonnen.

In quantenmagnetischen Materialien unter Magnetfeldern können neue Ordnungszustände entstehen. Nun hat ein internationales Team aus Experimenten an der Berliner Neutronenquelle BER II und am dort aufgebauten Hochfeldmagneten neue Einblicke in diese besonderen Materiezustände gewonnen. Der BER II wurde bis Ende 2019 intensiv für die Forschung genutzt und ist seitdem abgeschaltet. Noch immer werden neue Ergebnisse aus Messdaten am BER II publiziert.

Das Problem des Handlungsreisenden gilt als Paradebeispiel für kombinatorische Optimierungsprobleme. Nun zeigt ein Berliner Team um den theoretischen Physiker Prof. Dr. Jens Eisert der Freien Universität Berlin, dass eine bestimmte Klasse solcher Probleme tatsächlich durch Quantencomputer besser und sehr viel schneller gelöst werden kann als mit konventionellen Methoden.

Ende Februar 2024 hat ein Team am HZB einen Artikel in Synchrotron Radiation News (SRN) veröffentlicht. Darin beschreibt es die nächsten Entwicklungsziele für die Röntgenquelle sowie das Upgrade Programm BESSY II+ und die Nachfolgequelle BESSY III.

Der Physiker Dr. Robert Seidel hat einen Consolidator Grant des European Research Council (ERC) eingeworben. In den kommenden fünf Jahren erhält er damit Fördermittel von insgesamt zwei Millionen Euro für sein Forschungsvorhaben WATER-X. Seidel will mit modernsten Röntgenmethoden an BESSY II Nanopartikel in wässriger Lösung untersuchen, die als Katalysatoren bei der photokatalytischen Produktion von „grünem“ Wasserstoff eingesetzt werden.

Hafniumoxid-Dünnschichten sind eine faszinierende Klasse von Materialien mit robusten ferroelektrischen Eigenschaften im Nanometerbereich. Während das ferroelektrische Verhalten ausgiebig untersucht wurde, blieben die Ergebnisse zu den piezoelektrischen Effekten bisher rätselhaft. Eine neue Studie zeigt nun, dass die Piezoelektrizität in ferroelektrischen Hf_0,5Zr_0,5O₂-Dünnschichten durch zyklische elektrische Felder dynamisch verändert werden kann. Ein weiteres bahnbrechendes Ergebnis ist die Möglichkeit einer intrinsischen nicht-piezoelektrischen ferroelektrischen Verbindung. Diese unkonventionellen Eigenschaften von Hafnia bieten neue Optionen für den Einsatz in der Mikroelektronik und Informationstechnologie.

Seit 2017 vergibt der Allgemeine Deutsche Fahrrad-Club (ADFC) die EU-weite Zertifizierung „Fahrradfreundlicher Arbeitgeber“. Nun hat das Helmholtz-Zentrum Berlin das begehrte Siegel in Silber erhalten. Damit möchte das HZB noch attraktiver als Arbeitgeber sein, gerade auch für internationale Bewerberinnen und Bewerber.

Ein HZB-Physiker hat eine neue Methode entwickelt, um Halbleiter durch einen einzigen Messprozess umfassend zu charakterisieren. Der „Constant Light-Induced Magneto-Transport (CLIMAT)“ basiert auf dem Hall-Effekt und ermöglicht es, 14 verschiedene Parameter von negativen wie positiven Ladungsträgern zu erfassen. An zwölf unterschiedlichen Halbleitermaterialien demonstrierte nun ein großes Team die Tauglichkeit dieser neuen Methode, die sehr viel Arbeit spart. 

Natrium-Ionen-Akkus haben noch eine Reihe von Schwachstellen, die durch die Optimierung von Batteriematerialien behoben werden könnten. Eine Option ist die Dotierung des Kathodenmaterials mit Fremdelementen. Ein Team von HZB und Humboldt-Universität zu Berlin hat nun die Auswirkung von einer Dotierung mit Scandium und Magnesium untersucht. Um ein vollständiges Bild zu erhalten, hatten die Forscher*innen Messdaten an den Röntgenquellen BESSY II, PETRA III und SOLARIS gesammelt und ausgewertet. Sie entdeckten dadurch zwei konkurrierende Mechanismen, die über die Stabilität der Kathoden entscheiden.

Das neue HZB-Magazin lichtblick ist da! Unsere Themen: Grüner Wasserstoff, Bauprojekte und der grüne Aufbau für die Ukraine, ... Blättern Sie doch gleich mal durch die Online-Ausgabe.

Fumarat, Maleat und Succinat sind organische Moleküle, die in der Koordinationschemie und teilweise auch in der Biochemie der Körperzellen eine Rolle spielen. Ein HZB-Team hat diese Moleküle nun an BESSY II mit Hilfe von RIXS und DFT-Simulationen analysiert. Die Ergebnisse geben nicht nur Aufschluss über die elektronischen Strukturen, sondern auch über die relative Stabilität dieser Moleküle. Dies könnte auch der Industrie dabei helfen, die Stabilität von Koordinationspolymeren zu optimieren.

Die Allianz der deutschen Wissenschaftsorganisationen, zu der auch die Helmholtz-Gemeinschaft gehört, verurteilt nachdrücklich jede Art von demokratiefeindlichen und menschenverachtenden Bestrebungen.

Hochentropie-Legierungen halten extremer Hitze und Belastung stand und eignen sich daher für eine Vielzahl spezifischer Anwendungen. Einblicke in Ordnungsprozesse und Diffusionsphänomene in diesen Materialien hat nun eine neue Studie an der Röntgenquelle BESSY II geliefert. An der Studie waren Teams des HZB, der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, der Universität Lettland und der Universität Münster beteiligt.

Ein Team am HZB hat ein neues Messverfahren entwickelt, um winzigste Temperaturdifferenzen im Bereich von 100 Mikrokelvin beim thermischen Hall-Effekt erstmals genau zu erfassen. Aufgrund von thermischem Rauschen konnten solche Temperaturunterschiede bislang nicht quantitativ vermessen werden. Am Beispiel von Terbiumtitanat, dessen Eigenschaften gut bekannt sind, zeigte das Team, dass die Messmethode höchst verlässliche Ergebnisse liefert. Der thermische Hall-Effekt gibt Auskunft über kohärente Vielteilchenzustände in Quantenmaterialien und nutzt dazu ihre Wechselwirkung mit Gitterschwingungen (Phononen).

Wir trauern um unseren ehemaligen Kollegen und Leiter des BENSC-Nutzerbüros am damaligen Hahn-Meitner-Institut (HMI, später HZB Nutzerbüro Neutronen) Dr. Hans-Anton Graf. Er verstarb nach einem ereignisreichen Leben und längerer Krankheit am 30. Dezember 2023 im Alter von 78 Jahren. Hans-Anton Graf war 1977 bis 2010 in der Neutronenforschung am HMI/HZB tätig.

Yan Lu wurde gemeinsam mit dem HZB zur Professorin für Hybridmaterialien für elektrochemische Energiespeicher und Wandler an der Friedrich-Schiller-Universität Jena berufen. Herzlichen Glückwunsch!

Materialien auf der Nanoskala bearbeiten, Prototypen für die Mikroelektronik fertigen oder biologische Proben analysieren: Die Bandbreite für den Einsatz von fein fokussierten Ionenstrahlen ist riesig. Einen Überblick über die vielfältigen Möglichkeiten und eine Roadmap für die Zukunft haben Expert*innen aus der EU-Kooperation FIT4NANO nun gemeinsam erarbeitet. Der Beitrag ist in Applied Physics Review publiziert und richtet sich an Studierende, Anwender*innen aus Industrie und Wissenschaft sowie die Forschungspolitik.

Prof. Jörg Eichler war von 1971 bis 1973 wissenschaftlicher Geschäftsführer des Hahn-Meitner-Instituts (HMI), aus dem später zusammen mit BESSY das HZB entstanden ist.  Am 1. Januar 2024 feierte Prof. Jörg Eichler nun seinen 90sten Geburtstag. Das HZB sendet herzliche Glückwünsche.

Für die Herstellung von Grünem Wasserstoff sind Katalysatoren nötig, die den Prozess der Wasserspaltung in Sauerstoff und Wasserstoff steuern. Doch unter Spannung verändert sich die Struktur des Katalysators, was auch die katalytische Aktivität beeinflusst. Ein Forschungsteam aus den Universitäten in Duisburg-Essen und Twente hat u.a. an BESSY II untersucht, wie die Umwandlung von Oberflächen in Perowskit-Oxid-Katalysatoren die Aktivität der Sauerstoffentwicklungsreaktion steuert.

Anoden für die elektrolytische Aufspaltung von Wasser bestehen meist aus Iridium-basierten Materialien. Um die Stabilität des Iridium-Katalysators zu erhöhen, hat nun ein Team am HZB mit einer Gruppe des HI-ERN eine Probe hergestellt, in der die Konzentration von Iridium und Titanoxiden systematisch variiert. Analysen der einzelnen Probensegmente an BESSY II im EMIL-Labor zeigten, dass sich die Stabilität des Iridium-Katalysators signifikant steigern lässt.

Die Highlights 2022 berichten über eine Auswahl der wichtigsten Forschungserfolge und Ereignisse am HZB.

Am neuen SFB 1636 „Elementarprozesse lichtgetriebener Reaktionen an nanoskaligen Metallen“ beteiligen sich mehrere Arbeitsgruppen aus dem HZB.

Viele Enzyme versprechen, Kunststoff abzubauen. Doch was im Laborexperiment funktioniert, versagt dann oft doch im großen Maßstab. Nun hat der Biochemiker Gert Weber, HZB, gemeinsam mit Uwe Bornscheuer, Uni Greifswald, und dem Chief Scientific Officer Alain Marty von Carbios eine Studie publiziert. Sie zeigt am Beispiel von vier Enzymen, welche Standards Laborexperimente erfüllen sollten, damit Ergebnisse besser vergleichbar sind und erfolgsversprechende Ansätze rascher identifiziert werden können. 

Ein Team von Forschenden der Universität Potsdam und des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat ein Messverfahren entwickelt, um Bodenproben mit Neutronen und Röntgenlicht zu analysieren und daraus 3D-Tomographien zu erstellen: Dies ermöglicht es erstmals, Mikroplastik im Boden genau zu lokalisieren. Die 3D-Tomographien zeigen, wo sich die Partikel im Boden einlagern und wie sich dadurch Strukturen im Boden verändern – was sich wiederum auf Wasserflüsse und Bodeneigenschaften auswirken kann. 

Jedes Jahr erscheinen unzählige Artikel in Fachzeitschriften. Der Informationsdienstleister Clarivate misst nach einer anerkannten Methode, wie groß der Einfluss der publizierten Beiträge auf das jeweilige Fachgebiet ist. Nach dieser Auswertung zählt in 2023 der HZB-Forscher Steve Albrecht zu den „highly cited researchers“, die ihr Fachgebiet deutlich beeinflussen. Albrecht war mit seinem Team in den letzten Jahren an mehreren Weltrekorden für Tandemsolarzellen beteiligt und hat die Ergebnisse in hochrangigen Fachjournalen publiziert. 

Das HZB ist sich seiner gesellschaftlichen Verantwortung bewusst. Durch die nun vorliegende, extern überprüfte Treibhausgas-Bilanz des HZB stehen die Hauptverursacher bei den Emissionen fest. Der Bericht legt die Basis dafür, die Treibhausgas-Emissionen deutlich zu reduzieren.

Molybdändisulfid (MoS₂) kann z. B. als Gassensor oder als Photokatalysator bei der grünen Wasserstoffproduktion eingesetzt werden. Obwohl man in der Regel mit der Untersuchung der kristallinen Grundform beginnt, um ein Material zu verstehen, gibt es für MoS₂ viel mehr Studien zu ein- und mehrlagigen Molekularschichten als zum massiven Material. Die wenigen Studien, die bisher durchgeführt wurden, zeigen unterschiedliche und nicht reproduzierbare Ergebnisse für die elektronischen Eigenschaften von frisch abgespaltenen MoS₂-Oberflächen. Diese Frage hat nun ein Team an BESSY II systematisch untersucht. 

Am Donnerstag, den 12. Oktober 2023, nahm Michelle Browne eine besondere Auszeichnung in Hamburg entgegen: Den „Curious Mind Award“ in der Kategorie “Mobilität, Energie und nachhaltige Unternehmen“ des manager magazin. 

Mit einem starken Bekenntnis zu weiteren Investitionen in Forschung und Innovation ging die Sonderkonferenz der ostdeutschen Ministerpräsidenten am 19.10.2023 zu Ende. An der MPK-Ost unter dem Vorsitz des sächsischen Ministerpräsidenten Michael Kretschmer nahmen auch die Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger und der Beauftragte der Bundesregierung für Ostdeutschland, Carsten Schneider, teil.
Gastgeber der Sonderkonferenz war das Helmholtz-Zentrum Berlin, das mit der Röntgenquelle BESSY II und seiner Energieforschung in Berlin-Adlershof ansässig ist.

Mit großer Sorge verfolgen wir die Nachrichten aus Israel. Wir sind fassungslos über die massive terroristische Gewalt, die zu vielen Opfern und unerträglichem menschlichen Leid führt. Wir verurteilen den terroristischen Angriff der Hamas auf Israel und seine zivile Bevölkerung aufs Schärfste.

Die erste hochrangige Veranstaltung im Rahmen des Projekts Green Deal Ukraina (GDU) fand im Oktober in Kiew, Ukraine mit mehr als 150 Teilnehmenden statt. Diese erste Zusammenkunft und der offizielle Start kommen zu einem wichtigen Zeitpunkt: Die EU wird einen neuen Bericht über die Fortschritte der Länder auf dem Weg in die EU vorlegen, und die Ukraine wird darauf mit einer eigenen Analyse, dem so genannten "Pre-Screening", reagieren.

Dass es funktioniert, ist klar: Schon heute gibt es verschiedene Ansätze, um Solarenergie für die Elektrolyse von Wasser zu nutzen und Wasserstoff zu produzieren. Leider ist dieser grüne Wasserstoff bislang teurer als grauer Wasserstoff aus Erdgas. Doch grüner Wasserstoff hergestellt durch Sonnenlicht kann profitabel werden, zeigt eine Studie aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Technischen Universität Berlin.

Es klingt wie Magie: Photoelektroden, die das Treibhausgas CO₂ in Methanol umwandeln oder Stickstoffmoleküle in wertvollen Dünger – und zwar allein mit der Energie des Sonnenlichts. Dass Diamantmaterialien sich dafür eignen, zeigt nun eine Studie aus dem HZB. Durch die Kombination von Röntgen-Spektroskopieverfahren an BESSY II mit weiteren Messmethoden gelang es dem Team um Tristan Petit, erstmals genau zu verfolgen, welche Prozesse an der Oberfläche dieser Materialien durch Licht angeregt werden und worauf es dabei ankommt.

Tandem-Solarzellen erzielen hohe Wirkungsgrade: Durch die Kombination von zwei verschiedenen Solarzellen-Typen wird mehr Sonnenlicht in Strom umgewandelt. Gemeinsam mit dem PV-Hersteller Qcells entwickelte ein HZB-Team um Dr. Kári Sveinbjörnsson und Bor Li die Technologie so weiter, dass Qcells in den Aufbau einer Pilotlinie für die Entwicklung von Tandem-Zellen in Sachsen-Anhalt investiert hat. Für diesen gelungenen Transfer in die industrielle Anwendung erhielten beide Forschende am 4.10.2023 den mit 5.000 Euro dotierten Technologie-Transferpreis des Helmholtz-Zentrum Berlin.

Ein multidisziplinäres Team vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und Forschungszentrum Jülich (FZJ) erforscht und verbessert neuartige Perowskit-Solarzellen, um sie in die Anwendung zu bringen. Für ihren Ansatz und ihre Forschungsleistung erhielten Steve Albrecht, Antonio Abate und Eva Unger vom HZB sowie Michael Saliba vom FZJ am 27.09.2023 den High Impact Award. Mit der mit 50.000 Euro dotierten Auszeichnung würdigen die Helmholtz-Gemeinschaft und der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft innovative Ansätze, die das Potenzial haben, als Game-Change zu wirken.

Mit Gefriergussverfahren lassen sich hochporöse und hierarchisch strukturierte Materialien herstellen, die eine große Oberfläche aufweisen. Sie eignen sich für unterschiedlichste Anwendungen, als Elektroden für Batterien, Katalysatormaterialien oder in der Biomedizin. Nun hat ein Team um Prof. Ulrike G. K. Wegst, Northeastern University, Boston, MA, USA, und Dr. Francisco García Moreno vom Helmholtz-Zentrum Berlin an der Swiss Light Source des Paul-Scherrer-Instituts mit dem neu entwickelten Verfahren der Röntgentomoskopie erstmals in Echtzeit und hoher Auflösung beobachtet, wie der Prozess der Strukturbildung beim Gefriergussverfahren abläuft. Als Modellsystem diente eine Zuckerlösung.

Quantencomputer werden mit zunehmender Größe und Komplexität undurchschaubar. Mit Methoden der mathematischen Physik ist es nun einem Team gelungen, aus zufälligen Datensequenzen konkrete Zahlen abzuleiten, die als Maßstab für die Leistungsfähigkeit eines Quantencomputersystems dienen können. An der Arbeit mit Quantencomputer, die nun in Nature communications veröffentlicht ist, waren Experten des Helmholtz-Zentrum Berlin, der Freien Universität Berlin, des Qusoft Forschungszentrum Amsterdam, der Universität Kopenhagen sowie des Technology Innovation Institute Abu Dhabi beteiligt.

Magnetische Skyrmionen sind winzige Wirbel aus magnetischen Spin-Texturen. Im Prinzip könnten Materialien mit Skyrmionen als spintronische Bauelemente verwendet werden, zum Beispiel als sehr schnelle und energieeffiziente Datenspeicher. Doch im Moment ist es noch schwierig, Skyrmionen bei Raumtemperatur zu kontrollieren und zu manipulieren. Eine neue Studie an BESSY II analysiert nun die Bildung von Skyrmionen in einem besonders interessanten Material in Echtzeit und mit hoher räumlicher Auflösung: Es handelt sich um ferrimagnetische Dünnschichten aus Dysprosium und Kobalt. Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, den Skyrmionentyp klar zu bestimmen.

In einem Sonderheft zur Liquid-Jet-Methode berichtet ein Team über Reaktionen von Wassermolekülen an den Oberflächen von Metalloxid-Teilchen. Die Ergebnisse sind für die Entwicklung von effizienten Photoelektroden für die Produktion von grünem Wasserstoff relevant. 

Die Röntgenmikroskopie (Kryo-SXT) ermöglicht hochaufgelöste Einblicke in das Innere von Zellen und Zellorganellen – und das in drei Dimensionen. Bisher wurden die 3D-Datensätze zeitaufwändig manuell analysiert. Nun hat ein Team der Freien Universität Berlin einen Algorithmus entwickelt, der auf einem „gefalteten“ neuronalen Netz basiert. Mit Expertinnen und Experten aus der Zellbiologie (FU Berlin) und der Röntgenmikroskopie am Helmholtz Zentrum Berlin wurde dieser Algorithmus nun erstmals zur Analyse von Zellbestandteilen in Kryo-SXT-Datensätzen eingesetzt. Mit der KI-basierten Analysemethode konnte innerhalb weniger Minuten Zellorganellen identifiziert und detailstarke, komplexe 3D-Abbildungen produziert werden.

Metalloxide eignen sich theoretisch ideal als Photoelektroden für die direkte Erzeugung von Wasserstoff mit Sonnenlicht. Nun gelang es einem Team am Helmholtz-Zentrum Berlin erstmals, die Transporteigenschaften der Ladungsträger in unterschiedlichen Metalloxiden über einen Zeitbereich von neun Größenordnungen zu ermitteln.

Die weltbesten Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle können heute ca. ein Drittel der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie umwandeln. Das sind Rekordwerte, insbesondere für eine potentiell sehr preisgünstige Technologie. Ein Team am HZB liefert nun erstmals die wissenschaftlichen Daten und beschreibt in der renommierten Fachzeitschrift Science, wie diese Entwicklung gelungen ist.

Photoelektrolyseure und Elektrolysezellen können grünen Wasserstoff oder fossilfreie Kohlenstoffverbindungen erzeugen – allerdings benötigen sie Ionenaustausch-Membranen. Ein HZB-Team hat nun in einem hybriden Flüssiggas-Elektrolyseur an der Röntgenquelle BESSY II den Transport von Ionen durch die Membran untersucht. Anders als erwartet treiben Konzentrationsunterschiede aber kaum elektrische Felder Ionen an. Die Diffusion ist also der entscheidende Prozess. Diese Erkenntnis könnte bei der Entwicklung hocheffizienter und deutlich umweltfreundlicherer Membranmaterialien helfen.

Die Friedrich-Schiller-Universität Jena und das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) gründen am 1. Juli 2023 gemeinsam das „Helmholtz-Institut für Polymere in Energieanwendungen" (HIPOLE). Ziel von HIPOLE ist die Entwicklung von nachhaltigen Polymermaterialien für Energietechnologien, die rasch in die Anwendung gebracht werden können, insbesondere von Polymer-basierten Batterien und Perowskit-Solarzellen mit polymeren Additiven. HIPOLE wird mit bis zu 5,5 Millionen Euro pro Jahr vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, 90%) und dem Freistaat Thüringen (10%) gefördert. In der Aufbauphase bis 2028 fördert der Freistaat Thüringen zusätzlich das neue Institut mit über zehn Millionen Euro und übernimmt die Finanzierung der Baukosten der Labore und Büros. 

Ein Team am HZB hat die elektronische Struktur von Au₂Pb an BESSY II durch winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie über einen weiten Temperaturbereich untersucht: Die Ergebnisse zeigen die elektronische Struktur eines dreidimensionalen topologischen Dirac-Semimetalls und stehen im Einklang mit theoretischen Berechnungen.

Wir öffnen zur Langen Nacht der Wissenschaften unsere Türen. Erhalten Sie spannende Einblicke in unsere Energieforschung, besuchen Sie Labore und stellen Sie uns Ihre Fragen rund um die Energiewende. Unser Schülerlabor lädt zu Mitmach-Experimenten ein – und eine Science Show sorgt für Wumms und Staunen! Bitte bringen Sie Ihren Personalausweis mit!       

Nach längerer Krankheit starb Prof. Dr. Hans Ackermann am 25. März 2023 im Alter von 87 Jahren. Hans Ackermann war in vielen Funktionen für das Hahn-Meitner-Institut in den 1980er und 1990er Jahren tätig. In dieser Zeit war er einer der führenden Forscher auf dem Gebiet der nuklearen Festkörperphysik, der sich prägend und intensiv für diese Forschungsrichtung und ihre Förderung eingesetzt hat.

Am 11. Juni 2023 ist Professor Dr. Wolfgang Gudat 80 Jahre alt geworden. Von 1989 bis 2000 war Wolfgang Gudat wissenschaftlicher Geschäftsführer von BESSY. Unter seiner Leitung wurde das Projekt BESSY II bewilligt und der Speicherring in Adlershof aufgebaut und mit modernsten Instrumenten ausgestattet. Er hat den Freundeskreis des HZB gegründet und ist Ehrenvorsitzender des Vereins. Zum Geburtstag wünschen die Kolleginnen und Kollegen sowie die Geschäftsführung des HZB alles Gute!

Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts, Green Deal Ukraina, ist es, in der Hauptstadt Kyiv gemeinsam mit Partnereinrichtungen in der Ukraine und in Polen einen Energie- und Klima-Think Tank aufzubauen. Dieser soll unabhängig und faktenbasiert beim Wiederaufbau eines nachhaltigen Energiesystems in der Ukraine beraten. Nicht zuletzt ist die Umsetzung der Energie- und Klimagesetzgebung Voraussetzung für den EU-Beitritt der Ukraine. Das Projekt startete am 1. Juni 2023 und erstreckt sich über vier Jahre.

Im Februar 2023 wurde Bernd Rech, wissenschaftlicher Geschäftsführer des Helmholtz-Zentrum Berlin, zum Korrespondierenden Mitglied der Slowenischen Akademie der Ingenieurwissenschaften (IAS) gewählt.

Magnetische Domänenwände sorgen für elektrischen Widerstand, da es für Elektronenspins schwierig ist, ihrer magnetischen Struktur zu folgen. Dieses Phänomen könnte in spintronischen Bauelementen genutzt werden, bei denen der elektrische Widerstand je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Domänenwand variieren kann. Eine besonders interessante Materialklasse sind Halbmetalle wie La_2/3Sr_1/3MnO₃ (LSMO). Sie weisen vollständige Spinpolarisation auf. Allerdings war der Widerstand einer einzelnen Domänenwand in Halbmetallen bisher noch nicht bestimmt worden. Nun hat ein Team aus Spanien, Frankreich und Deutschland eine einzelne Domänenwand auf einem LSMO-Nanodraht erzeugt und Widerstandsänderungen gemessen, die 20mal größer sind als bei normalen Ferromagneten wie Kobalt.

Ein neues Quasiteilchen mit interessanten Eigenschaften ist aufgetaucht – vorerst allerdings nur in theoretischen Modellierungen von Festkörpern mit bestimmten magnetischen Eigenschaften. Anders als erwartet, bringen Quantenfluktuationen das Quasiteilchen jedoch nicht deutlicher zum Vorschein, sondern verschmieren seine Signatur, zeigt nun ein internationales Team am HZB und der Freien Universität Berlin.

An der Röntgenquelle BESSY II hat ein Team einen Lifshitz-Übergang in TiC entdeckt, der durch eine Beschichtung mit Graphen hervorgerufen wird. Die Ergebnisse zeigen das Potenzial von 2D-Materialien wie Graphen und die Auswirkungen, die sie durch Wechselwirkungen im Nahfeld auf benachbarte Materialien haben.

Charlotte Klar und Katharina Austermann (beide 18 J.)  vom Humboldt-Gymnasium aus Tegel sind weit gekommen: Mit ihren Experimenten zu pyrolytischem Graphit versuchen sie ein Rätsel aufzuklären, dass sie in der Fachliteratur über Diamagnetismus gefunden haben. Mit ihrer Arbeit überzeugten sie sowohl die Jugend-forscht-Jury bei Regionalwettbewerb Berlin-Süd als auch beim Berliner Landeswettbewerb. Damit fahren sie nun nach Bremen, wo vom 18. bis 21. Mai der Bundeswettbewerb stattfinden wird.

Du bist Schülerin der 10. bis 13. Klasse und interessierst Dich für Mathematik und Naturwissenschaften? Dann sichere Dir Dein kostenfreies VIP-Ticket für eine Tour mit spannenden Experimenten und Einblicken während der Langen Nacht der Wissenschaften! Lerne Wissenschaftlerinnen kennen, die mit Leidenschaft daran forschen, unsere Welt besser zu machen! 17.06. , ab 17.30 Uhr, Forschungscampus Adlershof

Im April hat Dr. Jie Wei seine Forschungsarbeit in der Helmholtz-Nachwuchsgruppe "Nanoskalige Operando CO₂ Photo-Elektrokatalyse" am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft aufgenommen. Wei erhielt eines der hochkompetitiven Humboldt-Postdoktorandenstipendien und wird sein zweijähriges Projekt unter der Leitung der wissenschaftlichen Gastgeber Dr. Christopher Kley und Prof. Dr. Beatriz Roldan Cuenya durchführen.

Prof. Dr. Jens Eisert leitet die Forschungsgruppe Quantenrechnen und -simulation, die von der Freien Universität Berlin und dem HZB finanziert wird. Der theoretische Physiker erhielt vor kurzem einen Advanced ERC-Grant für sein Forschungsprojekt „DebuQC“ vom Europäischen Forschungsrat ERC. Aber Eisert ist nicht nur ein vielfach ausgezeichneter Wissenschaftler, sondern denkt auch über die globale Klimaerhitzung nach. Im letzten Jahr publizierten sein Team und er unter Initiative von Ryan Sweke einen Vorschlag, der Beachtung verdient: Wissenschaftliche Publikationen zu Themen der theoretischen Physik oder Chemie könnten eine einfach strukturierte Tabelle anhängen, in der die Treibhausgase aufgeführt werden, die bei der Forschung emittiert wurden. Das schafft ein Bewusstsein dafür, dass auch Forschung nicht klimaneutral ist.

Dr. Wenxi Wang forscht mit einem Postdoktoranden-Stipendium der Humboldt-Stiftung im Team von Prof. Yan Lu. Der Chemiker hat an der Southern University of Science and Technology in Shenzhen, China, studiert und an der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien seine Doktorarbeit abgeschlossen. Er hat sich auf das Design von organischen Elektroden für Lithium-Schwefel- und Zink-Ionen-Batterien spezialisiert und untersucht Wechselwirkungen zwischen den Ionen und den Wirtsmaterialien.

In diesem Jahr fokussiert die Veranstaltung des Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie die Bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV). Dabei betrachten wir das Material, die Technologie, den Baustoff sowie Entwurfsparameter und den Bauablauf. Begleitet wird die Veranstaltung von Materialproben und Vorträgen.

Das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid lässt sich durch Elektrolyse zu nützlichen Kohlenwasserstoffen umwandeln. Das Design der Elektrolysezelle ist dabei entscheidend. Für industrielle Prozesse eignet sich vor allem die so genannte Zero-Gap-Zelle. Doch noch gibt es Probleme: Die Kathoden verstopfen schnell. Nun hat ein Team um Dr. Matthew Mayer am HZB untersucht, woran dies liegt und wie sich dieser unerwünschte Prozess verhindern lässt.

Ende März besuchte eine tschechische Delegation das HZB am Standort Wannsee. Auf dem Programm: Besuch der Ausbildungswerkstatt sowie Gespräche zum Thema duale Ausbildung und Upskilling.

Der HZB-Forscher Rutger Schlatmann ist zum neuen Vorsitzenden der Plattform ETIP-PV gewählt worden, in der Vertreter*innen aus Wissenschaft, Industrie und Politik aus ganz Europa organisiert sind. Ein Gespräch über den aktuellen Boom – und darüber, warum in Sachen Photovoltaik der Zug für die EU noch nicht abgefahren ist.

 

 

Leichter, flexibler und anpassbar - die Innovationsplattform Solar TAP entwickelt innovative Lösungen für Photovoltaik-Anwendungen. Ziel ist es, bereits genutzte Flächen in Landwirtschaft, Gebäudesektor und Verkehr zusätzlich für den Ausbau der Solarenergie mit Solarzellen aus dem Drucker nutzbar zu machen.

Kakaobohnen können giftige Schwermetalle wie Cadmium aus dem Boden aufnehmen. Einige Anbaugebiete, insbesondere in Südamerika, sind mit diesen Schwermetallen zum Teil erheblich belastet. Durch das Zusammenspiel verschiedener Röntgenfluoreszenz-Techniken konnte nun ein Team an BESSY II erstmals nichtinvasiv messen, wo sich Cadmium in den Kakaobohnen anreichert: Weniger im Inneren der Bohne, sondern vor allem in der Schale. Weitere Untersuchungen zeigen, dass die Verarbeitung der Kakaobohnen großen Einfluss auf die Schwermetallbelastung haben kann.

Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien das Potenzial für eine wesentlich höhere Energiedichte und mehr Sicherheit. Allerdings ist die Leistungsfähigkeit von Feststoffbatterien derzeit noch unzureichend, was vor allem an sehr langen Ladezeiten liegt - und das, obwohl sie theoretisch eine besonders schnelle Aufladung ermöglichen sollten. Eine neue Studie des HZB zeigt nun, dass die Hauptursache dafür die sehr schleppende Einwanderung von Lithium-Ionen in die Verbundkathode ist.

The SXR2023 (Principles of Functionality from Soft-X-Ray Spectroscopy) brings together young and experienced scientists to discuss recent scientific highlights, trends, and current advances with soft X-ray spectroscopy. Our goal is to further understanding on the atomic level. The impetus is to influence and ideally shape functionality in materials and molecular systems. In this effort, scientists cross intentionally the boundaries between physics, chemistry and materials and focus on the unifying aspects of functionality. Insights to the governing principles are often based on the combination of experiment with first principles theory and models. Thus a profound description of X-ray matter interaction — creating the spectroscopic observables — is always underlying.

Prof. Dr. Catherine Dubourdieu leitet am HZB das Institut für energieeffiziente Informationstechnik und ist Professorin am Fachbereich Physikalische und Theoretische Chemie der Freien Universität Berlin. Die Physikerin und Materialwissenschaftlerin hat sich auf funktionale Oxide und deren Anwendungen in der Informationstechnologie spezialisiert. Für ihr Forschungsprojekt LUCIOLE hat sie jetzt einen renommierten ERC Advanced Grant erhalten. LUCIOLE zielt darauf ab, ferroelektrische polare Texturen mit konventionellen Siliziumtechnologien zu kombinieren.

Prof. Dr. Jens Eisert forscht am Dahlem Center for Complex Quantum Systems der Freien Universität Berlin und leitet die gemeinsame Forschergruppe mit dem HZB für Quantenrechnen und -simulation. Mit seinem ausgezeichneten Forschungsprojekt „DebuQC“ will er die metaphorische Grenze der klassischen und der Quantenwelt ausloten. Es ist bereits sein dritter ERC-Grant, den Jens Eisert erhält. Der Professor für Theoretische Quantenphysik und sein Team will wesentliche Forschungsfragen zur Quantentechnologie klären und auch die Grenzen der zukunftsträchtigen Technologie ausloten.

Die Energiewende stellt uns alle vor große Herausforderungen. Wir brauchen nicht nur Strom aus regenerativen Quellen, sondern auch Speicherlösungen. Das Team von Yan Lu forscht am Standort Wannsee an neuartigen Lithium-Schwefel-Akkus, die viel mehr Energie speichern können als herkömmliche Batterien. Das Labor ist einzigartig in der Berlin-Brandenburger Forschungslandschaft. In der Titelgeschichte erzählt die Abteilungsleiterin, was sie an ihrer Arbeit motiviert.

Die Helmholtz-Gemeinschaft hat drei neue Innovationsplattformen ausgewählt, die nun gefördert werden. An zweien davon ist das HZB beteiligt: Die Innovationsplattform zu Beschleunigertechnologien HI-ACTS soll moderne Beschleuniger für vielfältige Anwendungen öffnen, während die Innovationsplattform Solar TAP neue Ideen aus den Laboren der Photovoltaikforschung rascher in die Anwendung bringen soll. Insgesamt erhält das HZB aus Mitteln des Pakts für Forschung und Innovation in den kommenden drei Jahren 4,2 Millionen Euro an Zuwendungen.

Mit Sonnenlicht lässt sich grüner Wasserstoff in photoelektrochemischen Zellen (PEC) direkt aus Wasser erzeugen. Bisher waren Systeme, die auf diesem 'direkten Ansatz' basieren, energetisch nicht wettbewerbsfähig. Die Bilanz ändert sich jedoch, sobald ein Teil des Wasserstoffs in PEC-Zellen in-situ für erwünschte Reaktionen genutzt wird. Dadurch lassen sich wertvolle Chemikalien für die chemische und pharmazeutische Industrie produzieren. Die Zeit für die Energie-Rückgewinnung des direkten Ansatztes mit der PEC-Zelle kann damit drastisch verkürzt werden, zeigt eine neue Studie aus dem HZB.

Solarzellen aus Metallhalogenid-Perowskiten erreichen hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit wenig Energieaufwand aus flüssigen Tinten produzieren. Solche Verfahren untersucht ein Team um Prof. Dr. Eva Unger am Helmholtz-Zentrum Berlin. An der Röntgenquelle BESSY II hat die Gruppe nun gezeigt, wie wichtig die Zusammensetzung von Vorläufertinten für die Erzeugung qualitativ-hochwertiger FAPbI₃-Perowskit-Dünnschichten ist. Die mit den besten Tinten hergestellten Solarzellen wurden ein Jahr im Außeneinsatz getestet und auf Minimodulgröße skaliert.

MXene können große Mengen elektrischer Energie speichern und lassen sich dabei sehr schnell auf- und entladen. Damit vereinen MXene die Vorteile von Batterien und Superkondensatoren und gelten als spannende neue Materialklasse für die Energiespeicherung: Das Material ist wie eine Art Blätterteig aufgebaut, die MXene-Schichten sind durch dünne Wasserfilme getrennt. Ein Team am HZB hat nun an der Röntgenquelle BESSY II untersucht, wie Protonen in diesen Wasserfilmen wandern und den Ladungstransport ermöglichen. Ihre Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und könnten die Optimierung solcher Energiespeichermaterialien beschleunigen.

Eine Weiterentwicklung der Rasterkraftmikroskopie macht es nun möglich, das Höhenprofil nanometerfeiner Strukturen sowie den elektrischen Strom und die Reibungskraft an fest-flüssig Grenzflächen zeitgleich abzubilden. Damit gelang es einem Team am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sowie am Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft, elektrokatalytisch aktive Materialien zu analysieren und Einblicke zu gewinnen, die für die Katalysatoroptimierung hilfreich sind. Die Methode eignet sich darüber hinaus auch, um Prozesse an Batterieelektroden, bei der Photokatalyse oder an aktiven Biomaterialien zu untersuchen.

Seit zwei Jahren leitet Dr. Renske van der Veen am HZB eine Forschungsgruppe für zeitaufgelöste Röntgenspektroskopie und Elektronenmikroskopie. Im Zentrum ihrer Forschung stehen katalytische Prozesse, die zum Beispiel die Produktion von grünem Wasserstoff ermöglichen. Nun wurde sie zur S-W2 Professorin im Institut für Optik und Atomare Physik (IOAP) an der Technischen Universität Berlin ernannt.

Ein Team um Dr. Prashanth W. Menezes (HZB/TU-Berlin) hat Kobalt-Eisen-Oxyhydroxide an BESSY II untersucht. Diese Materialklasse zählt zu den besten Anoden-Katalysatoren, um elektrolytisch Wasser aufzuspalten und grünen Wasserstoff zu gewinnen. Insbesondere gelang es, die Oxidationsstufen der aktiven Elemente in verschiedenen Konfigurationen zu bestimmen. Die Ergebnisse könnten zur wissensbasierten Entwicklung neuer hocheffizienter und kostengünstiger katalytisch aktiver Materialien beitragen.

Dr. Artem Musiienko hat ein renommiertes Maria Skłodowska-Curie-Postdoktorandenstipendium erhalten. Er wird damit am HZB in der Gruppe von Prof. Antonio Abate sein Projekt HyPerGreen vorantreiben, mit dem er die Effizienz von bleifreien Perowskit-Solarzellen auf über 20 % steigern will.

Das Erdbeben hat die Türkei und Syrien im Herzen getroffen, weite Teile der Region sind in einem unvorstellbaren Maße zerstört. Wir sind bestürzt über das Ausmaß der Vernichtung, die vielen Opfer und Verletzten. Das Erdbeben verursacht unfassbares menschliches Leid, das wir nur schwer begreifen können. Unsere Gedanken sind bei allen Betroffenen und unseren Mitarbeitenden, die Familie, Freunde und Bekannte in den betroffenen Regionen haben.

Perowskit-Halbleiter versprechen hocheffiziente und preisgünstige Solarzellen. Allerdings reagiert das halborganische Material sehr empfindlich auf Temperaturunterschiede, was im normalen Außeneinsatz rasch zu Ermüdungsschäden führen kann. Gibt man jedoch eine dipolare Polymerverbindung zur Vorläuferlösung des Perowskits hinzu, verbessert sich die Stabilität enorm. Dies zeigt nun ein internationales Team unter der Leitung von Antonio Abate, HZB, im Fachjournal Science. Die so hergestellten Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von deutlich über 24 Prozent, die selbst bei dramatischen Temperaturschwankungen zwischen -60 und +80 Grad Celsius über hundert Zyklen kaum sinken. Das entspricht etwa einem Jahr im Außeneinsatz.

Seit 2016 hat der Beschleunigerphysiker Ji-Gwang Hwang am HZB in der Abteilung Speicherring- und Strahlphysik geforscht. In mehreren Projekten hat er wichtige Beiträge zur Strahldiagnostik geleistet. Nun kehrt er in seine Heimat Südkorea zurück, als Professor für Physik an der Gangneung-Wonju National University.

Ein Wissenschaftsteam unter Leitung von Forschenden des Max-Born-Instituts in Berlin, des Helmholtz-Zentrums Berlin, des Brookhaven National Laboratory (USA) und des Massachusetts Institute of Technology (USA) hat eine neue Methode entwickelt, um mit starken Röntgenquellen Videos von Fluktuationen in Materialien auf der Nanoskala aufzunehmen. Die Methode ist in der Lage, scharfe, hochauflösende Bilder zu machen, ohne das Material durch zu starke Belichtung zu beeinträchtigen. Dafür entwickelten die Wissenschaftler*innen einen Algorithmus, der in unterbelichteten Aufnahmen Muster erkennen kann. Im Fachjournal Nature beschreiben sie die Methode des Coherent Correlation Imaging (CCI) und stellen Ergebnisse für Proben aus dünnen magnetischen Schichten vor.

Wasser besitzt nicht nur einige bekannte Anomalien, sondern steckt noch immer voller Überraschungen. Die erste Ausgabe 2023 des Bunsen-Magazins widmet sich der molekularen Wasserforschung, vom Ozean bis zu Prozessen bei der Elektrolyse. Das Heft präsentiert Beiträge von Forschenden, die im Rahmen einer europäischen Forschungsinitiative im „Centre for Molecular Water Science“ (CMWS) kooperieren. Ein Team am HZB stellt darin Ergebnisse aus der Synchrotronspektroskopie von Wasser vor. Denn an modernen Röntgenquellen lassen sich molekulare und elektronische Prozesse in Wasser im Detail untersuchen.

Promovieren Sie oder sind Sie ein Postdoc? Ihre Forschung hat einen starken Bezug zu (angewandten) Daten- und Informationswissenschaften?

Dann ist dieses Angebot bestimmt interessant für Sie!

Seit dem 1. Januar 2023 sind für Sie Manfred Weiss, Sebastian Fiechter, Annette Pietzsch und Michael Tovar als Ombudspersonen ansprechbar. Sie beraten gerne zu allen Fragen zur guten wissenschaftlichen Praxis am HZB.

Wir suchen junge exzellente Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Lust zur Führung! Wollen Sie ein innovatives Forschungsprojekt in einem der Forschungsbereiche des HZB durchführen? Dann bewerben Sie sich bis zum 20.02.2023 bei uns!

Ein Team der Charité Berlin hat an BESSY II die Schädigung durch fokussierte hochenergetische Röntgenstrahlung in Knochenproben von Fischen und Säugetieren analysiert. Mit einer Kombination von Mikroskopietechniken konnten sie die Zerstörung von Kollagenfasern dokumentieren. Röntgenmethoden könnten Knochenproben beeinträchtigen, wenn sie über einen längeren Zeitraum gemessen werden, schlussfolgern sie.

Was sorgt dafür, dass Knochen gut auf Belastung reagieren? Ein Team der Charité Berlin hat Hinweise auf die Schlüsselfunktion von nicht-kollagenen Eiweißverbindungen entdeckt und wie sie den Knochenzellen helfen, auf äußere Belastungen zu reagieren. An Fischmodellen untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Knochenproben mit und ohne Knochenzellen, um Unterschiede in Mikrostruktur und Wassereinlagerung aufzuklären. Am Berliner Forschungsreaktor BER II gelang es ihnen erstmals, die Wasserdiffusion durch das Knochenmaterial genau zu messen - mit einem überraschenden Ergebnis.

Experimentelle Daten sind oft nicht nur hochdimensional, sondern auch verrauscht und voller Artefakte. Das erschwert es, die Daten zu interpretieren. Nun hat ein Team am HZB eine Software konzipiert, die mit Hilfe von selbstlernenden neuronalen Netzwerken die Daten smart komprimiert und im nächsten Schritt eine rauscharme Version rekonstruieren kann. Das ermöglicht Einblicke in Zusammenhänge, die sonst nicht erkennbar wären. Die Software wurde jetzt erfolgreich für die Photonendiagnostik beim Freien Elektronenlaser FLASH bei DESY eingesetzt. Sie eignet sich jedoch für ganz unterschiedliche Anwendungen in der Wissenschaft.

Wir laden Sie herzlich ein, unser neues Magazin „lichtblick“ zu lesen. Die Zeit war reif für ein neues Format, das sich nun bequem am Bildschirm lesen lässt. Klicken Sie doch gleich mal rein!

Der aktuelle Weltrekord von Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle liegt wieder beim HZB. Die neue Tandemsolarzelle wandelt 32,5% der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie um. Das Zertifizier-Institut European Solar Test Installation (ESTI) in Italien hat die Tandemzelle vermessen und diesen Wert offiziell bestätigt. Außerdem wurde der Wert in die NREL-Übersicht zu Solarzelltechnologien eingetragen, die vom National Renewable Energy Lab, USA, gepflegt wird.

Um Tandem-Solarzellen vom Labormaßstab in die Produktion zu überführen kooperiert das HZB mit dem Solarmodulhersteller Meyer Burger, der große Expertise in der Heterojunction-Technologie (HJT) für Silizium-Module besitzt. Im Rahmen dieser Kooperation sollen serienreife Silizium-Bottom-Zellen auf Basis der Heterojunction-Technologie mit einer Top-Zelle auf Basis der Perowskit-Technologie kombiniert werden.

Bei der 4000. Struktur handelt es sich um das Molekül FKBP51, das mit stressinduzierten Erkrankungen wie Depressionen, chronischen Schmerzen und Diabetes zusammenhängt. Das Team um Prof. Dr. Felix Hausch, TU Darmstadt, nutzt die Kenntnis der dreidimensionalen Struktur, um neue Strategien für das Design passender Medikamente zu entwickeln.

Am Dienstag, den 6.12.2022 erhielt Dr. Eike Köhnen den Tiburtius-Preis (Erster Platz) für seine herausragende Dissertation. Eike Köhnen hat dazu beigetragen, den Wirkungsgrad von Tandemsolarzellen aus Perowskit und Silizium deutlich zu steigern, bis hin zu Weltrekord-Werten.

Ende Oktober 2022 hat die Geschäftsführung Ana Sofia Anselmo und Silvia Zerbe als neue Diversitätsbeauftragte ernannt. Gemeinsam werden sie die Vielfalt am HZB thematisieren und mit den Mitarbeitenden vorantreiben. Ana arbeitet im Geschäftsführungsbüro und ist für Internationales verantwortlich. Silvia ist stellvertretende Pressesprecherin des HZB und widmet sich der internen Kommunikation im Zentrum.

Bislang war es äußerst langwierig, Messungen mit hoher Empfindlichkeit und hoher Ortsauflösung mittels Röntgenlicht im „tender“ Energiebereich von 1,5 - 5,0 keV durchzuführen. Dabei eignet sich genau dieses Röntgenlicht ideal, um Energiematerialien für Batterien oder Katalysatoren, aber auch biologische Systeme zu untersuchen. Dieses Problem hat nun ein Team aus dem HZB gelöst: Die neu entwickelten Monochromatoroptiken erhöhen den Photonenfluss im „tender“ Energiebereich um den Faktor 100 und ermöglichen so hochpräzise Messungen nanostrukturierter Systeme. An katalytisch aktiven Nanopartikeln und Mikrochips wurde die Methode erstmals erfolgreich getestet.

Nanodiamant-Materialien besitzen Potenzial als preisgünstige Photokatalysatoren. Doch bisher benötigten solche Kohlenstoff-Nanopartikel energiereiches UV-Licht, um aktiv zu werden. Das DIACAT-Konsortium hat daher Variationen von Nanodiamant-Materialien hergestellt und analysiert. Die Arbeit zeigt: Wenn die Oberfläche der Nanopartikel mit ausreichend Wasserstoff-Atomen besetzt ist, reicht auch die schwächere Energie von Licht im sichtbaren Bereich für die Anregung aus. Photokatalysatoren auf Basis von Nanodiamanten könnten in Zukunft mit Sonnenlicht CO₂ oder N₂ in Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak umwandeln.

Feststoffbatterien ermöglichen noch höhere Energiedichten als Lithium-Ionenbatterien bei hoher Sicherheit. Einem Team um Prof. Philipp Adelhelm und Dr. Ingo Manke ist es gelungen, eine Feststoffbatterie während des Ladens und Entladens zu beobachten und hochaufgelöste 3D-Bilder zu erstellen. Dabei zeigte sich, dass sich Rissbildung durch höheren Druck effektiv verringern lässt.

Möchtest Du einen großartigen Sommer in Berlin verbringen und einzigartige Erfahrungen in der Forschung sammeln? Dann kommt vom 3. Juli bis 25. August 2023 zu uns! Wir laden Studierende aus der ganzen Welt ein, acht Wochen lang ein eigenes kleines Forschungsprojekt am HZB voranzutreiben. Gewinnt interessante Einblicke und Erfahrungen. Wir freuen uns auf euch!

PEPPERONI ist ein vierjähriges Forschungs- und Innovationsprojekt, das im Rahmen von Horizon Europe kofinanziert und gemeinsam vom Helmholtz-Zentrum Berlin und Qcells koordiniert wird. Das Projekt wird dazu beitragen, die Markteinführung und Massenproduktion von Perowskit/Silizium-Tandem-Photovoltaik-Technologien voranzubringen.

Quantencomputer versprechen erheblich kürzere Rechenzeiten für komplexe Probleme. Aber noch gibt es weltweit nur wenige Quantencomputer mit einer begrenzten Anzahl so genannter Qubits. Quantencomputer-Algorithmen können aber auch auf konventionellen Servern laufen, die einen Quantencomputer simulieren. Ein HZB-Team hat damit nun am Beispiel eines kleinen Moleküls dessen Elektronenorbitale und ihre dynamische Entwicklung nach einer Laserpulsanregung berechnet. Die Methode eignet sich auch, um größere Moleküle zu untersuchen, die mit konventionellen Methoden nicht mehr berechnet werden können.

Photoelektroden auf der Basis von BiVO₄ gelten als Top-Kandidaten für die solare Wasserstofferzeugung. Doch was passiert eigentlich, wenn sie mit Wassermolekülen in Kontakt kommen? Eine Studie im Journal of the American Chemical Society hat diese entscheidende Frage nun teilweise beantwortet: Überschüssige Elektronen aus dotierten Fremdelementen oder Defekten fördern die Dissoziation von Wasser, was wiederum sogenannte Polaronen an der Oberfläche stabilisiert. Dies zeigen Daten aus Experimenten eines HZB-Teams an der Advanced Light Source des Lawrence Berkeley National Laboratory. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, bessere Photoanoden für die grüne Wasserstoffproduktion zu entwickeln.

Wir trauern um unseren ehemaligen Kollegen Prof. Dr. Alexei Erko, der am 22. Oktober 2022 im Alter von 70 Jahren nach kurzer schwerer Krankheit verstorben ist.

Wie Wasserstoff-Ionen oder Protonen mit ihrer wässrigen Umgebung wechselwirken, hat große Praxisrelevanz, ob in der Technologie von Brennstoffzellen oder in den Lebenswissenschaften. Nun hat ein großes internationales Konsortium an der Röntgenquelle BESSY II diese Frage experimentell im Detail untersucht und neue Effekte entdeckt. So verändert die Anwesenheit eines Protons die elektronische Struktur der drei innersten Wassermoleküle, wirkt sich aber außerdem auch noch darüber hinaus über ein langreichweitiges Feld auf eine Hydrathülle aus fünf weiteren Wassermolekülen aus.

Wir trauern um unseren langjährigen, ehemaligen Geschäftsführer Prof. Dr. Michael Steiner, der am 5. November 2022 im Alter von 79 Jahren in Berlin verstorben ist. Wir verlieren einen hochgeschätzten Menschen, dem wir viel zu verdanken haben.

Bestimmte Metalloxide gelten als gute Kandidaten für Photokatalysatoren, um mit Sonnenlicht grünen Wasserstoff zu produzieren. Ein chinesisches Team hat nun in Nature spannende Ergebnisse zu Kupfer(I)oxid-Partikeln veröffentlicht, zu denen eine am HZB entwickelte Methode erheblich beigetragen hat. Die transiente Oberflächen-Photospannungs-Spektroskopie zeigte, dass positive Ladungsträger an Oberflächen im Laufe von Mikrosekunden durch Defekte eingefangen werden. Die Ergebnisse geben Hinweise, um die Effizienz von Photokatalysatoren zu steigern.

Tandem-Solarzellen, die zwei verschiedene Perowskit-Halbleiter kombinieren, versprechen hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit sehr geringem Energieaufwand herstellen. Solche Module könnten sogar biegsam sein. Zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung arbeitet Prof. Dr. Steve Albrecht am HZB daran, diese Vision zu realisieren. Seinem Team ist es kürzlich gelungen, eine Vollperowskit-Tandemsolarzelle mit einem zertifizierten Wirkungsgrad von 27.2 % herzustellen. Ein Gespräch über die Chancen und die Herausforderungen der Perowskit-Perowskit-Technologien.

Am großen Programm der Berlin Science Week und der Falling Walls beteiligt sich auch das HZB mit vielfältigen Angeboten. In dieser Übersicht stellen wir kurz zusammen, wo sie Forschung aus dem HZB entdecken und mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern diskutieren können. Bitte beachten Sie, dass man sich zu den Veranstaltungen anmelden muss. Die Teilnahme ist kostenfrei.

Vor dem Hintergrund der Energiekrise kamen rund 180 Menschen aus Forschung und Politik am Paul Scherrer Institut PSI in der Schweiz zusammen, um eine Vision für europäische beschleunigerbasierte Photonenquellen zu entwickeln und gesellschaftliche Herausforderungen gemeinsam anzugehen. Die Tagung fand vom 26.- 28. Oktober 2022 statt.

Der Markt für wiederaufladbare Batterien wächst schnell, aber die benötigten Rohstoffe sind begrenzt. Eine Alternative könnten zum Beispiel Natrium-Ionen-Batterien sein. Eine gemeinsame Forschergruppe von HZB und Humboldt-Universität zu Berlin hat dafür neue Kombinationen von Elektrolytlösungen und Elektrodenmaterialien untersucht.

Die Bundesministerin für Bildung und Forschung, Bettina Stark-Watzinger, besuchte heute das Catalysis Laboratory (CatLab) in Berlin-Adlershof. CatLab ist eine Forschungsplattform des Helmholtz-Zentrum Berlin und der Max-Planck-Gesellschaft zur Katalyseforschung, die wichtige Innovationen zur Realisierung einer grünen Wasserstoffwirtschaft beitragen soll. Bei ihrem Besuch am CatLab erhielt die Ministerin Einblick in neueste technologische Entwicklungen zur Herstellung und Charakterisierung von Dünnschichtkatalysatoren sowie besondere Methoden zur Operando-Analytik und Digitalen Katalyse.

Ende 2021 hatten drei Teams am HZB Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von knapp 30 Prozent vorgestellt. Dieser Wert hielt acht Monate lang den Weltrekord, eine sehr lange Zeit für dieses heiß umkämpfte Forschungsfeld. In der renommierten Fachzeitschrift Nature Nanotechnology beschreiben die Beteiligten nun, wie sie mit nanooptischen Strukturierungen und Reflexionsbeschichtungen diesen Rekordwert erreicht haben.

Informationen über komplexe magnetische Strukturen sind entscheidend für das Verständnis und die Entwicklung spintronischer Materialien. Jetzt steht bei BESSY II ein neues Instrument namens ALICE II zur Verfügung. Es ermöglicht magnetische Röntgenstreuung im reziproken Raum mit Hilfe eines neuen großflächigen Detektors. Ein Team des HZB und der Technischen Universität München hat die Leistungsfähigkeit von ALICE II demonstriert und helikale und konische magnetische Zustände in einem  Einkristall mit Skyrmionen analysiert. Das neue Instrument steht nun auch Messgästen an BESSY II zur Verfügung.

Im Forschungs-Konsortium CARE-O-SENE arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Wegen, synthetisches Kerosin für die Luftfahrt effizient herzustellen. Ein Gespräch mit Tobias Sontheimer vom HZB und Dirk Schär vom ebenfalls beteiligten Konzern Sasol über die nötigen Verfahren, die Hindernisse – und darüber, wie sich der Luftverkehr dekarbonisieren lässt.

Hochentrope Legierungen (HEAs) sind vielversprechende Materialien für Katalyse und Energiespeicherung. Gleichzeitig sind sie extrem hart, hitzebeständig und vielseitig in ihrem magnetischen Verhalten. Nun hat ein Team an BESSY II in Zusammenarbeit mit der Ruhr-Universität Bochum, der BAM, der Freien Universität Berlin und der Universität Lettland neue Erkenntnisse über die lokale Umgebung einer so genannten hochentropischen Cantor-Legierung aus Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel gewonnen. Damit lassen sich auch die magnetischen Eigenschaften eines nanokristallinen Films dieser Legierung teilweise erklären.

Das internationale Forschungsprojekt CARE-O-SENE (Catalyst Research for Sustainable Kerosene) hat vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Förderbescheide in Höhe von 30 Mio. Euro erhalten. Zusätzlich steuern die industriellen Konsortiumspartner 10 Millionen Euro bei. Ziel des Projektes ist es, neuartige Fischer-Tropsch-Katalysatoren zu entwickeln und damit die Produktion von nachhaltigem Kerosin im industriellen Maßstab zu optimieren. Auch das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ist daran beteiligt.

Rutger Schlatmann ist Solar-Experte aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und Professor an der Hochschule für Technik und Wirtschaft. Am HZB leitet er das Kompetenzzentrum für Photovoltaik, das Solarforschung und Industrie erfolgreich zusammenbringt. Nun ist der Experte als Vorsitzender der Europäischen Technologie- und Innovationsplattform für Photovoltaik (ETIP PV) gewählt worden. Sie berät unabhängig zu Fragen der Energiepolitik und zum Ausbau der Photovoltaik in Europa.

Am HZB wird ein Labor für automatisierte Röntgen-Tomographie an Festkörper-Batterien eingerichtet. Das Besondere: 3D-Daten während der Lade/Entladeprozesse (operando) können mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) rascher und vielseitiger ausgewertet werden. Das Bundesministerium für Forschung und Bildung fördert das Projekt „TomoFestBattLab“ mit 1,86 Millionen Euro.

Mal angenommen, es gibt Solaranlagen auf jedem Dach. Was bringt das? Und was ist, wenn die Sonne mal länger nicht schein? Folgen Sie dem Gedankenexperiment des Tagesschau-Podcast. Mit dabei ist unser Solarexperte und Architekt Thorsten Kühn.

Mit der Elektrokatalyse von Wasser lässt sich elektrische Energie aus Sonne oder Wind zur Erzeugung von grünem Wasserstoff nutzen und so speichern. Ein Überblicksbeitrag in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie zeigt, wie moderne Röntgenquellen wie BESSY II die Entwicklung von passenden Elektrokatalysatoren vorantreiben können. Insbesondere lassen sich mit Hilfe von Röntgenabsorptionsspektroskopie die aktiven Zustände von katalytisch aktiven Materialien für die Sauerstoffentwicklungsreaktion bestimmen. Dies ist ein wichtiger Beitrag, um effiziente Katalysatoren aus günstigen und weit verbreiteten Elementen zu entwickeln.

Die außeruniversitären Forschungseinrichtungen in Berlin arbeiten in Zukunft noch enger zusammen. Ihr 2020 gegründeter Verbund Berlin Research 50 (BR50) hat sich am 04.10.2022 zu einem eingetragenen und gemeinnützigen Verein zusammengeschlossen. Gemeinsam wollen die Mitglieder den Wissenschaftsraum Berlin weiterentwickeln und stärken.

Auf dem Programm stehen ein Rundgang durch das Reallabor des Helmholtz-Zentrum Berlin gefolgt von Fachvorträgen sowie einem Austausch mit Experten*innen vor Ort.

Die Neutronenstreuung gilt als die Methode der Wahl, um magnetische Strukturen und Anregungen in Quantenmaterialien zu untersuchen. Nun hat die Auswertung von Messdaten aus den 2000er Jahren mit neuen Methoden erstmals wesentlich tiefere Einblicke in ein Modellsystem - die 1D-Heisenberg-Spinketten - geliefert. Damit steht ein neuer Werkzeugkasten für die Erforschung zukünftiger Quantenmaterialien zur Verfügung.

Übergangsmetalle besitzen vielfältige Anwendungen als Werkstoffe und in der Elektrochemie und Katalyse. Um ihre Eigenschaften zu verstehen, ist das Wechselspiel zwischen atomarer Lokalisierung und Delokalisierung der äußeren Elektronen in den d-Orbitalen entscheidend. Diesen Einblick ermöglicht nun eine besondere Messmethode an BESSY II mit höchster Präzision. Eine Studie an Kupfer, Nickel und Kobalt kommt dabei zu quantitativen Erkenntnissen. Die Royal Society of Chemistry hat den Beitrag als HOT Article 2022 ausgewählt.

Graphen ist ein äußerst spannendes Material. Nun zeigt eine Graphen-Variante ein weiteres Talent: Rhomboedrischer Graphit aus mehreren, leicht gegeneinander versetzten Schichten könnte die verborgene Physik in Quantenmagneten aufklären.

Im Highlight-Bericht 2021 finden Sie kompakte Informationen zu wichtigen Entwicklungen am HZB. Außerdem stellen wir eine kleine Auswahl aus den wissenschaftlichen Ergebnissen vor, die im Lauf des Jahres 2021 in renommierten Fachjournalen publiziert wurden.

Presseinformation _ Berlin, 14. September 2022: Die Wissenschaft ist seit Jahrzehnten ein wichtiger Treiber für Innovation und Fortschritt in der Hauptstadtregion. Kreative, talentierte Menschen aus der ganzen Welt kommen zusammen und bringen neue Ideen voran, von denen wir als Gesellschaft profitieren. Viele Entdeckungen – von grundlegenden Erkenntnissen bis zum fertigen Produkt – beruhen auf der Forschung mit Synchrotron-Licht. Seit 40 Jahren haben Forscher*innen in Berlin Zugang zu diesem intensiven Licht. Dies beflügelt viele Wissenschaftsdisziplinen und ist ein Standortvorteil für Deutschland.

Die Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMD) sind eine Materialklasse mit großem Potential für die Spintronik. Eine Studie an BESSY II hat gezeigt, dass in einem dieser Materialien bereits einfach linear polarisiertes Licht ausreicht, um Spins unterschiedlicher Ausrichtung selektiv zu manipulieren. Dieses Ergebnis eröffnet einen neuen Weg zur Erzeugung spinpolarisierter Ströme und ist ein Meilenstein für die Entwicklung spintronischer und opto-spintronischer Geräte.

Rund 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben sich auf der Deutschen Tagung für Forschung mit Synchrotronstrahlung, Neutronen und Ionenstrahlen an Großgeräten (SNI2022) ausgetauscht, die vom 05. -07. September 2022 in Berlin tagte. Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) war Organisator der Konferenz. Dabei zeichnete das Komitee Forschung mit Neutronen (KFN) zwei Nachwuchswissenschaftler aus. Die Preise gingen an Dr. Navid Qureshi (Institut Laue-Langevin, ILL, Frankreich) und Dr. Artur Glavic (Paul-Scherrer-Institut, PSI, Schweiz).

50 Ausgaben der lichtblick sind seit 2009 erschienen und das hat uns inspiriert, etwas Besonderes zu machen. In dieser Ausgabe rücken wir Mitarbeiter*innen in den Mittelpunkt, die sich ehrenamtlich engagieren oder ein spannendes Hobby haben. Sie stehen stellvertretend für die vielen Menschen, die das HZB zu einem lebendigen und vielseitigen Ort machen.

Am 1. September begrüßte das HZB 15 neue Mitarbeitenden, die eine Ausbildung, ein duales Studium oder ein Freiwilliges Ökologisches Jahr am HZB beginnen. Bei einer Einführungsveranstaltung am Standort Wannsee hieß der kaufmännische Geschäftsführer des HZB, Thomas Frederking, die neuen Mitarbeitenden willkommen und wünschte ihnen ein gutes Einleben am Forschungszentrum.

Felix Büttner hat am HZB eine Nachwuchsforschungsgruppe geleitet. Nun ist er einem Ruf an die Universität Augsburg gefolgt. Im Rahmen einer gemeinsamen Forschungsgruppe wird er die Untersuchungen an magnetischen Skyrmionen am HZB fortsetzen.

Am 30. August startet bei der Röntgenquelle BESSY II der Nutzerbetrieb: Dann heißt das Forschungszentrum wieder Gastforscher*innen aus der ganzen Welt willkommen und unterstützt bei der Durchführung von Experimenten. Damit endet die 14-wöchigen Betriebspause, in der unter anderem die Niederspannungshauptversorgung komplett erneuert wurde. Der erfolgreiche Abschluss der Arbeiten wurde nun mit allen Beteiligten gefeiert.

Wie umgehen mit begrenztem Platz? Städte und Kommunen müssen sich jetzt auf die Folgen des Klimawandels vorbereiten. Gründächer, begrünte Fassaden und großflächige Entsiegelungen könnten zu einem besseren Mikroklima beitragen. Aber wird der Platz nicht auch für Photovoltaik benötigt?

In einem kontroversen Gespräch loten die Experten Björn Rau (HZB, BAIP) und Jens Hasse (Deutsches Institut für Urbanistik) die Optionen aus und finden neue Lösungen.

Alexander Gray von der Temple University in Philadelphia, USA, arbeitet gemeinsam mit dem HZB-Physiker Florian Kronast an der Erforschung neuartiger 2D-Quantenmaterialien an BESSY II. Mit dem Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung kann er diese Zusammenarbeit nun vertiefen. Bei BESSY II will er tiefenaufgelöste röntgenmikroskopische und -spektroskopische Methoden weiterentwickeln, um 2D-Quantenmaterialien und Bauelemente für neue Informationstechnologien zu untersuchen. 

Elektrische Energie aus Wind oder Sonne lässt sich als chemische Energie in Wasserstoff speichern, einem hervorragenden Kraftstoff und Energieträger. Voraussetzung dafür ist allerdings die effiziente Elektrolyse von Wasser mit kostengünstigen Katalysatoren. Nanostrukturiertes Nickelsilizid kann die Effizienz der Sauerstoffentwicklungsreaktion an der Anode deutlich steigern. Dies zeigte nun ein Team aus dem HZB, der Technischen Universität Berlin und der Freien Universität Berlin im Rahmen der Forschungsplattform CatLab unter anderem auch mit Messungen an BESSY II.

Dr. Michelle Browne baut ab August am HZB ihre eigene Nachwuchsgruppe auf, die von der Helmholtz-Gemeinschaft für die kommenden fünf Jahre mitfinanziert wird. Die Elektrochemikerin aus Irland forscht an elektrolytisch aktiven neuartigen Materialsystemen und will Elektrokatalyseure der nächsten Generation entwickeln, zum Beispiel für die Wasserstoffproduktion. Damit findet sie am HZB eine passende Umgebung für ihr Forschungsthema.

C₆₀-Moleküle auf einem Gold-Substrat wirken komplexer als ihr Vorbild aus Graphen, haben aber viel gewöhnlichere elektronische Eigenschaften. Dies zeigen nun Messungen mit ARPES an BESSY II und ausführliche Berechnungen.

Bei industriellen Prozessen entstehen immer auch feinkörnige Rückstände. Diese finden nur selten den Weg zurück in die industrielle Wertschöpfungskette, sondern werden meist entsorgt und stellen ein potenzielles Umweltrisiko dar. Das Projekt FINEST erfasst und untersucht verschiedene dieser Feinststoffströme mit dem Ziel, neue Konzepte zu entwickeln, um sie im Kreislauf zu halten und verbliebene Reststoffe gefahrlos abzulagern. FINEST konnte sich beim Nachhaltigkeitswettbewerb der Helmholtz-Gemeinschaft durchsetzen und wird nun 5 Millionen Euro gefördert.

Oxidationsstufen von Übergangsmetallen beschreiben, wie viele Elektronen eines Elements bereits an Bindungen beteiligt sind und wie viele noch für weitere Reaktionen zur Verfügung stehen. Teams aus Berlin und Freiburg haben nun die höchste Oxidationsstufe von Rhodium entdeckt. Dies deutet darauf hin, dass Rhodium mehr Valenzelektronen in chemische Bindungen einbringen kann, als bisher angenommen. Diese Erkenntnis könnte für das Verständnis von katalytischen Reaktionen mit Beteiligung von Rhodium von Bedeutung sein. Das Ergebnis wurde von der Zeitschrift Angewandte Chemie als "Very Important Paper" eingestuft.

Eine Studie hat erstmals die Umweltauswirkungen von industriell hergestellten Perowskit-auf-Silizium-Tandem-Solarmodulen über den gesamten Lebenszyklus bewertet. Dabei stellte Oxford PV die Tandem-Solarmodule sowie Prozessdaten aus seiner Serienfertigung in Deutschland zur Verfügung. Das Ergebnis: Die innovativen Tandem-Solarmodule sind über ihre Lebensdauer sogar noch umweltfreundlicher als herkömmliche Silizium-Heterojunktion-Module. Die Studie wurde im Fachjournal Sustainable Energy & Fuels veröffentlicht.

Flüssigkeiten sind schwerer zu beschreiben als Gase oder kristalline Feststoffe. Ein HZB-Team hat nun an der Swiss Light Source SLS des Paul Scherrer Instituts, Schweiz, erstmals die Potentialflächen von Wassermolekülen in flüssigem Wasser unter normalen Umgebungsbedingungen kartiert. Das trägt dazu bei, die Chemie des Wassers und in wässrigen Lösungen besser zu verstehen. Diese Untersuchungen können demnächst an der neu errichteten METRIXS-Station an der Röntgenquelle BESSY II fortgesetzt werden.

Aufgrund seines gigantischen Rashba-Effekts gilt Germaniumtellurid (GeTe) als guter Kandidat für den Einsatz in spintronischen Bauelementen. Nun hat ein Team am HZB ein weiteres faszinierendes Phänomen in GeTe entdeckt. Dafür untersuchten die Forschenden die elektronische Reaktion auf thermische Anregung der Proben. Überraschenderweise verlief die anschließende Relaxation ganz anders als bei herkömmlichen Halbmetallen. Durch die gezielte Steuerung von Details der elektronischen Struktur könnten in dieser Materialklasse neue Funktionalitäten erschlossen werden.  

Fröhliche Stimmung herrschte am letzten Samstag, den 2. Juli 2022. Denn nach zwei Jahren Online-Format aufgrund der Corona-Pandemie konnte die Veranstaltung endlich wieder vor Ort stattfinden. Diesmal öffnete das HZB seine Türen am Standort Adlershof und lud zu Rundgängen durch BESSY II und zu einem Besuch der Energiestraße ein. Fast 2700 Menschen waren ans HZB gekommen und haben sich bis um Mitternacht gut unterhalten. 

Wichtige Info: Am HZB gilt zur LNDW die FFP2-Maskenpflicht in Innenräume ab 14 Jahren.

Wie lassen sich Solarzellen noch effizienter herstellen? Wieso ist „grüner“ Wasserstoff so wichtig für unsere Zukunft? Warum braucht Berlin einen Beschleuniger, um Materialien zu durchleuchten? Die Antworten gibt es bei der Langen Nacht der Wissenschaften. Am 2. Juli 2022 öffnet das HZB von 17 bis 24 Uhr am Standort Adlershof seine Türen und lädt Groß und Klein zum Experimentieren und Staunen ein.

Hochentropie-Legierungen aus 3d-Metallen haben faszinierende Eigenschaften, die Anwendungen im Energiesektor in Aussicht stellen. Ein internationales Team hat nun lokale Verschiebungen auf atomarer Ebene in einer hochentropischen Cantor-Legierung aus Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel untersucht. Mit spektroskopischen Analysen an BESSY II und statistischen Simulationen konnten sie das Verständnis dieser Materialgruppe deutlich erweitern.

Die Stiftung Werner-von-Siemens-Ring hat Prof. Dr. Olga Kasian in Anerkennung ihrer herausragenden wissenschaftlichen Leistungen in ihr Netzwerk aufgenommen. Olga Kasian leitet eine Nachwuchsgruppe zu Elektrokatalyse am HZB und ist Professorin an der Universität Erlangen-Nürnberg. Die Stiftung zeichnet seit 1977 junge Forscher*innen der Technik- und Naturwissenschaften aus und bietet ihnen einzigartige Möglichkeiten zur interdisziplinären Vernetzung.

Am Freitag, den 17. Juni, war eine Delegation aus Singapur zu Gast am HZB. Heng Swee Keat, stellvertretender Premierminister von Singapur, wurde vom Botschafter von Singapur in Berlin, Laurence Bay, sowie von Vertreter*innen aus Forschung und Wirtschaft begleitet.

An der Röntgenstrahlungsquelle SESAME in Jordanien ist eine neue Experimentierstation eröffnet worden: HESEB, die Helmholtz-SESAME Beamline, ist von fünf Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft unter Federführung von DESY konzipiert worden.

Mit konventionellen Methoden ist es extrem aufwändig, den spektralen Fingerabdruck von größeren Molekülen zu berechnen. Dies ist aber eine Voraussetzung, um experimentell gewonnene Messdaten korrekt zu interpretieren. Nun hat ein Team am HZB mit selbstlernenden Graphischen Neuronalen Netzen sehr gute Ergebnisse in deutlich kürzerer Zeit erzielt.

Teams aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und dem University College London (UCL) haben zum ersten Mal die Wasserverteilung in einer Brennstoffzelle dreidimensional und in Echtzeit visualisiert. Dafür werteten sie Messdaten aus, die noch an der Neutronenquelle BER II am HZB gewonnen wurden. Die Analyse öffnet neue Möglichkeiten zu effizienteren und damit kostengünstigeren Brennstoffzellen.

Am Helmholtz-Zentrum Berlin arbeiten Menschen aus vielen verschiedenen Ländern und bereichern das Zusammenleben. Für unser Kochbuch haben Mitarbeitende und Gastforschende aus sechs Kontinenten ihre Lieblingsrezepte zusammengetragen.

Ronen Gottesman ist seit fünf Jahren Wissenschaftler am HZB-Institut für Solare Brennstoffe. Er hat das Team für gepulste Laserdeposition aufgebaut und neuartige komplexe Metall-Oxid-Halbleiter-Lichtabsorber für die photoelektrochemische Wasserspaltung entwickelt, mit dem Ziel, "grünen Wasserstoff" zu erzeugen. Nun folgt er einem Ruf an das Institut für Chemie an der Hebrew University in Jerusalem (HUJI), Israel, wo er seine eigene Forschungsgruppe leiten wird. 

Viele Menschen leiden an Zinkmangel, welcher Immunschwäche bei Erwachsenen und insbesondere bei Kindern zur Folge hat. Dies ist z.B. in der mexikanischen Bevölkerung eine Herausforderung für das Gesundheitssystem. Forschende vor Ort suchen nach Erklärungen und haben mit einer internationalen Gruppe von Synchrotronexpert*innen neue Erkenntnisse gewonnen – und zwar an Drosophila-Fliegen, die als Modellsystem auch für den menschlichen Zink-Stoffwechsel dienen können.
Dank Strahlzeiten an BESSY II und an der SLS (PSI) konnten sie aufzeigen, dass die Zinkvorräte in Drosophila-Fliegen vom Tryptophan-Gehalt in der Nahrung abhängen.

JOHANNESBURG, Südafrika, 24. Mai 2022:  Im Forschungsprojekt CARE-O-SENE entwickeln Partner aus Deutschland und Südafrika neue Katalysatoren für grüne Flugtreibstoffe.

Das Unternehmen Sasol und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) werden ein Konsortium leiten, das Katalysatoren der nächsten Generation entwickeln und optimieren will. Diese spielen eine Schlüsselrolle für die Entwicklung nachhaltiger Flugtreibstoffe (sustainable aviation fuels - SAF) und sind Grundlage für einen nachhaltigen Luftfahrtsektor.

Die Röntgenquelle BESSY II befindet sich in einem dreimonatigen Shutdown. In dieser Zeit wird die Niederspannungshauptverteilung im Versorgungsgebäude außerhalb des Elektronenspeicherrings erneuert. Dies sichert den langfristigen stabilen Betrieb von BESSY II über das nächste Jahrzehnt hinaus.

Neue energieeffiziente IT-Bauelemente arbeiten häufig nur bei extrem tiefen Temperaturen stabil. Daher kommt es entscheidend auf eine sehr gute Wärmeisolierung solcher Elemente an, was die Entwicklung von Materialien mit extrem niedriger Wärmeleitfähigkeit erfordert. Ein Team am HZB hat nun mit einem neuartigen Sinterverfahren nanoporöse Silizium-Aluminium-Proben hergestellt, in welchen Poren und Nanokristallite den Transport von Wärme behindern und so die Wärmeleitfähigkeit drastisch reduzieren. Die Forschenden haben ein Modell für die Vorhersage der Wärmeleitfähigkeit entwickelt, das anhand von Messdaten zur Mikrostruktur der Proben und deren Wärmeleitfähigkeit bestätigt wurde. Damit liegt erstmals eine Methode für die gezielte Entwicklung von komplexen porösen Materialien mit ultraniedriger Wärmeleitfähigkeit vor.

Magnetische Nanostrukturen sind vielversprechende Werkzeuge für medizinische Anwendungen. Eingebaut in biologische Vehikel, lassen sich diese dann durch externe Magnetfelder an ihren Einsatzort im Körper steuern, wo sie Medikamente freisetzen oder Krebszellen zerstören können. Dazu ist jedoch die genaue Kenntnis der magnetischen Eigenschaften solcher Nanoteilchen nötig. Bisher konnten solche Informationen nur gemittelt über tausende Nanopartikel gewonnen werden. Nun hat ein Team am HZB eine Methode entwickelt, um die charakteristischen Parameter jedes einzelnen magnetischen Nanopartikels zu bestimmen.

Das HZB hat am 16. Mai 2022 eine Delegation des brasilianischen Ministeriums für Wissenschaft, Technologie und Innovation (MCTI). Der Vize-Forschungsminister Sergio Freitas de Almeida zeigte sich bei seinem Rundgang beeindruckt von den vielfältigen Forschungsaktivitäten des HZB, um die Umstellung auf eine klimaneutrale Energieversorgung in der Gesellschaft voranzutreiben.

Drei Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft – DESY, HZDR und HZB – haben ihre gemeinsame Strategie für beschleunigerbasierte Lichtquellen Bundestagsabgeordneten vorgestellt.

Der König Carl XVI. Gustaf von Schweden sowie eine Gruppe Unternehmenslenker großer Konzerne wie Ericsson, Nordholt, Vattenfall, ABB, Schneider Electric und schwedische Vertreter aus dem öffentlichen Sektor und der Wissenschaft besuchten am 11. Mai 2022 den Technologiepark Adlershof.

Das zum 1. Mai neu gegründete HZB-Institut für Elektronische Struktur Dynamik entwickelt experimentelle Techniken und Infrastrukturen, um die Dynamik elementarer mikroskopischer Prozesse in neuartigen Materialsystemen zu untersuchen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lassen sich funktionale Materialien mit besonderen Eigenschaften für nachhaltige Technologien gezielt optimieren.

Ein Team am EPR4Energy-Joint lab von HZB und MPI CEC hat ein neues Verfahren der THz-EPR-Spektroskopie entwickelt, um die katalytische Aktivierung von molekularem Sauerstoff durch Kupferkomplexe zu untersuchen. Die Methode erlaubt Einblicke in bisher nicht zugängliche Spin-Spin-Wechselwirkungen und die Funktion neuartiger katalytischer und magnetischer Materialien.

Synchrotronstrahlungsquellen sind seit 75 Jahren unverzichtbar für den Erkenntnisgewinn. Dr. Antje Vollmer spricht über die internationale Vernetzung, einen neuen Rekord an der Röntgenquelle BESSY II – und darüber, wie sie allein schon an den Forschungsanträgen ablesen kann, welche gesellschaftlichen Probleme gerade besonders drängend sind.

Professor Alexei Gruverman wurde im Oktober 2020 mit einem Humboldt-Forschungspreis ausgezeichnet. Wegen der COVID-Pandemie konnte er erst in diesem Jahr nach Deutschland reisen und ist nun für einige Monate zu Gast am Institut "Funktionale Oxide für energieeffiziente Informationstechnologie" am Helmholtz-Zentrum Berlin.

Um die besonders günstigen Eigenschaften von Perowskit-Halbleitern für Solarzellen zu erklären, kursieren verschiedene Hypothesen. So sollten Polaronen oder auch ein gigantischer Rashba-Effekt eine große Rolle spielen. Ein Team an BESSY II hat diese Hypothesen nun experimentell widerlegt. Damit grenzen sie die möglichen Ursachen für die Transporteigenschaften weiter ein und ermöglichen bessere Ansätze zur gezielten Optimierung dieser Materialklasse.

Der Klimawandel treibt Amran Al-Ashouri um. Als Physiker weiß er, wie dringend und rasch Maßnahmen greifen müssen, damit der Temperaturanstieg weltweit auf 1,5 bis zwei Grad beschränkt bleibt. Privat engagiert sich der 29-jährige Naturwissenschaftler daher beim Verein „climactivity“, um möglichst viele Menschen über wichtige Zusammenhänge beim Klimaschutz aufzuklären.

Die 5. Tagung zur Forschung mit Synchrotronstrahlung, Neutronen und Ionenstrahlen an Großgeräten (SNI 2022) findet vom 5. bis 7. September 2022 in Berlin statt. Aufgrund der großen Nachfrage haben wir die Frist für die Einreichung von Abstracts für die SNI2022-Konferenz bis zum 1. Mai verlängert. Nutzen Sie diese Gelegenheit und reichen Sie bis Sonntag Ihren Abstract ein!

In der neuen Ausgabe der lichtblick stellen wir Renske van der Veen in der Titelgeschichte vor. Sie ist seit Sommer 2021 am HZB und baut eine neue Forschungsgruppe auf. Warum sie aus den USA nach Deutschland gekommen ist und wo die kulturellen Unterschiede liegen, erzählt sie darin.

Ein Team am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) hat mithilfe von BESSY II neue Eigenschaften des Kollagens entdeckt: Während der Einlagerung von Mineralen in Kollagenfasern entsteht eine Kontraktionsspannung, die hundertfach stärker ist als die von Muskelkraft. Die Veränderungen der Kollagenstruktur wurden mittels Röntgenbeugung an der Synchrotronsstrahlungsquelle BESSY II in Berlin-Adlershof beobachtet, während die Mineralisation stattfand.

Um mit Sonnenlicht Wasser elektrolytisch aufzuspalten, werden Photoelektroden gebraucht. Kostengünstige Metalloxid-Dünnschichten mit hoher elektronischer Qualität eignen sich sehr gut dafür, doch ihre Herstellung ist komplex. Insbesondere lässt sich die Qualität der Metalloxid-Dünnschichten nur durch eine thermische Behandlung bei sehr hohen Temperaturen verbessern. Dabei würde jedoch das darunter liegende leitfähige Glassubstrat schmelzen. Ein Team am HZB-Institut für Solare Brennstoffe hat dieses Dilemma nun gelöst: Ein hochintensiver Lichtpuls heizt die halbleitende Metalloxid-Dünnschicht blitzschnell direkt auf, ohne das Substrat zu beschädigen.

Wer sich mit Physik beschäftigt, weiß: Zwischen Quantenphysik und Gravitationstheorie klafft ein ziemlicher Graben. Allerdings hat die theoretische Physik in den letzten Jahrzehnten mit Hilfe einer plausiblen Vermutung eine „Brücke“ konstruiert, um diesen Graben zu überwinden. Das hilft dabei, das Verhalten von komplexen Quanten-Vielkörpersystemen zu beschreiben, zum Beispiel von Schwarzen Löcher und Wurmlöchern im Universum. Nun hat eine Theoriegruppe an der Freien Universität Berlin und am HZB zusammen mit Teams aus Harvard-University, USA, eine mathematische Vermutung über das Verhalten von Komplexität in solchen Systemen bewiesen, und damit die Tragfähigkeit dieser Brücke erhöht. Die Arbeit ist in Nature Physics erschienen.

Photosäuren sind Moleküle, die nach elektronischer Anregung ein Proton freisetzen und so den Säuregrad einer Flüssigkeit erhöhen. Die Pionierarbeit von Theodor Förster hat für solche Moleküle die direkte Beziehung zwischen der Wellenlänge der optischen Absorption und den Säureeigenschaften aufgezeigt, mit der die Erhöhung des Säuregrades im ersten elektronisch angeregten Zustand quantifiziert werden kann. Zugrundeliegende vollständige Beschreibungen der mikroskopischen Effekte die das Photosäure-Phänomen erklären sind jedoch seither spärlich geblieben. Ultraschnelle Röntgenspektroskopie, bei der die elektronische Struktur einer protonenliefernden Gruppe einer aromatischen Amin-Photosäure lokal untersucht wird, hat nun einen direkten Einblick in die Veränderungen der elektronischen Struktur ermöglicht. Die seit langem offene Frage nach der Photoazidität ist nun endlich geklärt: Die wichtigsten elektronischen Strukturänderungen finden auf der Basenseite des sogenannten Förster-Zyklus statt, während die Säureseite eine untergeordnete Rolle spielt. 

Mit großer Bestürzung verfolgen wir den am 24. Februar 2022 gestarteten militärischen Angriff Russlands auf die Ukraine. Wir verurteilen diesen schwerwiegenden Bruch des Völkerrechts. Wir sorgen uns um alle Einwohner*innen der Ukraine und besonders um die vom Krieg betroffenen Forschenden und Studierenden. Ihnen gilt unsere besondere Solidarität.

Eine internationale Kooperation hat Proben von NdBi-Kristallen untersucht, die interessante magnetische Eigenschaften aufweisen. Bei ihren Experimenten, darunter Messungen an BESSY II, konnten sie Hinweise auf so genannte Fermi-Bögen im antiferromagnetischen Zustand der Probe bei tiefen Temperaturen finden. Diese Beobachtung wird durch bestehende theoretische Vorstellungen noch nicht erklärt und eröffnet faszinierende Möglichkeiten, diese Art von Materialien für innovative Informationstechnologien zu nutzen, die auf Spins statt auf Elektronen basieren.

Ein Team am HZB hat eine Methode entwickelt, um tautomere Gemische zu untersuchen. Mit resonanter inelastischer Röntgenstreuung (RIXS) an BESSY II lassen sich nicht nur die Anteile der jeweiligen Tautomere exakt bestimmen, sondern auch die Eigenschaften jedes Tautomers. Damit liefert die Methode auch detaillierte Informationen über ihre biologische Funktion. In der Studie wurde die Technik auf das Keto-Enol-Gleichgewicht angewendet, das bei vielen biologischen Prozessen eine Rolle spielt. Auf dem Titelblatt weist das "The Journal of Physical Chemistry Letters" auf die Arbeit hin.

Das HZB ist ein Arbeitgeber, der die Diversität seiner Mitarbeitenden umfassend stärkt und pflegt. Dazu bekennt sich das HZB öffentlich durch die Unterzeichnung der Charta der Vielfalt. Träger der Charta ist ein Verein, der sich dafür einsetzt, Diversity in der Arbeitswelt zu verankern.

Sonderforschungsbereiche ermöglichen es vor allem den Universitäten, eigene Forschungskapazitäten bis auf internationales Spitzenniveau aufzubauen. Im Transregio-Sonderforschungsbereich 227 Ultrafast Spin Dynamic haben die Freie Universität Berlin und die Universität in Halle-Wittenberg auch das HZB als Partner eingebunden. Dabei nimmt die Slicing-Facility von BESSY II eine zentrale Rolle ein. Mit hervorragenden Ergebnissen aus der ersten Phase hat der Transregio-SFB 227 seine erste Zwischenbegutachtung abgeschlossen und bereitet sich nun auf die kommenden Herausforderungen vor. Ein Gespräch mit den beiden HZB-Physikern Niko Pontius und Christian Schüssler-Langeheine über die Bedeutung von solchen Förderprogrammen für das Forschungsgebiet.

Die Beratungsstelle BAIP für bauwerkintegrierte Photovoltaik ist als Wissenstransfer-Projekt in 2019 gestartet, gefördert aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft. BAIP informiert die Bauwelt über die vielfältigen Möglichkeiten gebäudeintegrierter Photovoltaik – und das mit sehr großem Erfolg. Nach einer sehr guten Evaluierung übernimmt das HZB die Beratungsstelle nun in die Grundfinanzierung.

Dr. Katarzyna Siewierska kommt als Postdoc-Humboldt-Forschungsstipendiatin in die Gruppe von Prof. Alexander Föhlisch. Sie hat am Trinity College in Dublin, Irland, promoviert und will in den nächsten zwei Jahren an BESSY II die elektronische Struktur und die Spindynamik von halbmetallischen dünnen Filmen untersuchen. Ein besseres Verständnis dieser spintronischen Materialklasse könnte den Weg in eine „grüne“ energieeffiziente Informationstechnologie bereiten.

Q CELLS und das Helmholtz-Zentrum Berlin haben eine serienreife Silizium-Bottom-Zelle auf Basis der Q.ANTUM-Technologie und eine Top-Zelle auf Basis der Perowskit-Technologie kombiniert. Die 2-Terminal-Tandem-Solarzelle erreicht einen Wirkungsgrad von 28,7% und damit einen neuen Weltrekord.

Viele unterschiedliche Halbleitermaterialien kommen für Solarzellen in Frage. In den letzten Jahren haben insbesondere die Perowskit-Halbleiter Aufsehen erregt, die sowohl preiswert als auch leicht zu verarbeiten sind und hohe Wirkungsgrade ermöglichen. Nun zeigt eine Studie mit 15 Forschungseinrichtungen, wie sich mit Terahertz- (TRTS) und Mikrowellen-Spektroskopie (TRMC) zuverlässig Mobilität und Lebensdauer der Ladungsträger ermitteln lassen. Aus diesen Messdaten ist es möglich, den potenziellen Wirkungsgrad der Solarzelle vorherzusagen und die Verluste in der fertigen Zelle einzuordnen.  

Die Massenfertigung von Silizium-Solarzellen nutzt so genannte PERC-Zellen, sie gelten als „Arbeitspferde“ der Photovoltaik. Nun haben zwei Teams vom HZB und dem Institut für Solarenergie-Forschung in Hameln (ISFH) gezeigt, dass solche Standard-Silizium-Zellen als Basis für Tandemzellen mit Perowskit-Topzellen geeignet sind. Aktuell liegt der Wirkungsgrad der Tandemzelle zwar noch unterhalb dem von optimierten PERC-Zellen allein, könnte aber durch gezielte Optimierungen rasch auf bis zu 29,5 % gesteigert werden. Die Forschung wurde im Rahmen eines Verbundprojekts durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.

2021 war für die internationale Forschung kein einfaches Jahr: Durch Lockdown und Einreiseverbote war die Wissenschaft von der pandemischen Lage stark betroffen. Die Experimente an der Röntgenquelle BESSY II in Berlin-Adlershof wurden dennoch auf hohem Niveau weitergeführt – auch dank neuer Remote-Angebote. Die Zahlen im Überblick.

Lithium-Schwefel-Akkus (Li/S) haben deutlich höhere Energiedichten als konventionelle Lithium-Ionen-Akkus, altern allerdings sehr rasch. Nun hat ein Team am HZB erstmals Li/S-Akkus im industrierelevanten Pouchzellen-Format mit unterschiedlichen Elektrolyten untersucht. An der Studie waren auch Teams der TU Dresden sowie des Fraunhofer-IWS beteiligt. Mit einer eigens entwickelten Messzelle können Impedanz, Temperatur, und Druck zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst und mit radiographischen Aufnahmen kombiniert werden. Die Auswertung zeigt, wie sich der Elektrolyt auf die Bildung von unerwünschten Schwefelpartikeln und Polysulfiden auswirkt. Die Studie ist im renommierten Fachjournal Advanced Energy Materials publiziert.

Am 17. Februar 2022 wurde zum 20. Mal der Dissertationspreis Adlershof verliehen. Dr. Amran Al-Ashouri (3.v.r.) aus der HZB-Nachwuchsgruppe „Perowskit-Tandemsolarzellen“ erhielt die mit 3.000 Euro dotierte Auszeichnung. Der Physiker erforscht, wie sich mithilfe neuer organischer Kontaktschichten hocheffiziente Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen optimieren lassen.

Grüner Wasserstoff benötigt hocheffiziente (Elektro-)Katalysatoren. Auch für die chemische Industrie, die Düngemittelproduktion und andere Wirtschaftszweige sind Katalysatoren unerlässlich. Neben den Übergangsmetallen sind inzwischen eine Vielzahl anderer metallischer oder nichtmetallischer Elemente in den Fokus der Forschung gerückt. In einem Übersichtsartikel geben Experten des CatLab am HZB und der Technischen Universität Berlin einen Überblick über den aktuellen Wissensstand und einen Ausblick auf zukünftige Forschungsfragen.

Den wissenschaftlichen Nachwuchs am HZB bestmöglich zu begleiten – dieses Ziel verfolgt das HZB seit langem. Nun soll diese Aufgabe noch stärker strategisch gestaltet werden. Dafür hat sich im Januar 2022 ein neues Gremium, „HZB Succeed“ gegründet.

Anfang 2022 hat Eva Unger ihre Ernennungsurkunde zur W2-Professorin an der Humboldt-Universität zu Berlin erhalten. Prof. Dr. Eva Unger leitet am HZB ein großes Team und entwickelt aufskalierbare Technologien zur Herstellung von Perowskit-Halbleitern für preisgünstige und hocheffiziente Solarzellen.

Die meisten Bakterien haben die Fähigkeit, sich zu Gemeinschaften zusammenzuschließen. Sie bilden Biofilme, die auf den unterschiedlichsten Oberflächen haften und schwer zu entfernen sind. Dies kann zu großen Problemen führen, zum Beispiel in Krankenhäusern oder in der Lebensmittelindustrie. Nun hat ein internationales Team unter Leitung der Hebrew University, Jerusalem, und der Technischen Universität Dresden ein Modellsystem für Biofilme an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II am HZB und der ESRF in Grenoble untersucht und dabei herausgefunden, welche Rolle die Strukturen im Inneren des Biofilms bei der Verteilung von Nährstoffen und Wasser spielen.

Die TeraHertz-Elektronenspinresonanz (THz-EPR) bei BESSY II liefert wichtige Informationen über die elektronische Struktur neuartiger magnetischer Materialien und Katalysatoren. Mitte Januar 2022 haben die Forschenden am betreffenden Strahlrohr einen neuen, supraleitenden 12-T-Magneten in Betrieb genommen, der neue wissenschaftliche Erkenntnisse verspricht.