Mit diesem Preis w¨¹rdigen die Stiftung und das Institut f¨¹r Physik Andreas Wehs herausragenden theoretischen Untersuchungen der Gleichgewichts- und der Transporteigenschaften stark wechselwirkender elektronischer Modellsysteme. Insbesondere untersuchte er das Zusammenspiel von starken Korrelationen und der in Heterostrukturen oder durch strukturelle Unordnung im Volumen gebrochenen Translationsinvarianz. Die Kombination von starker Wechselwirkung und der durch die Geometrie der betrachteten Systeme oder Defekte eingeschr?nkten Bewegung der Ladungstr?ger erforderte die Anwendung modernster theoretische-numerischer Methoden, daher war ein wesentlicher Teil der Arbeiten auch der Weiterentwicklung dieser Methoden gewidmet. Unter anderem gelang es Herrn Weh subtile Effekte in der Spin-aufgel?sten Zustandsdichte aufzukl?ren, wobei die Materialklasse der halbmetallischen Systeme, die ein hohes Anwendungspotential haben, eine zentrale Rolle spielte. Mit seiner Dissertation, die durch ihre ungew?hnliche thematische und methodische Breite beeindruckt, hat Herr Weh das Gebiet der stark korrelierten inhomogenen oder ungeordneten elektronischen Systeme nachhaltig gepr?gt.

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Abbildung: Effect of electronic correlations in half-metallic ferromagnets in bulk and at interfaces.

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Mit diesem Preis w¨¹rdigen die Stiftung und das Institut f¨¹r Physik Romy Ettlingers exzellente Forschungsarbeiten an der Schnittstelle zwischen Physik, chemischen Materialwissenschaften und Medizin. Im Zentrum ihrer Forschung stehen neuartige therapeutisch wirksame Tr?germaterialien zum vaskul?ren Transport von Arsentrioxid. Obwohl Arsentrioxid schon seit l?ngerer Zeit zur Behandlung von Leuk?mien erfolgreich eingesetzt wird, zeigen Studien mit soliden Tumorentit?ten negative Resultate aufgrund eines zu niedrigen Medikamentenspiegels in den Zielzellen. Um die Medikamentenverf¨¹gbarkeit von Arsentrioxid zu verbessern, hat Frau Ettlinger die Verwendung von Metall-organischen Ger¨¹stverbindungen (engl. metal-organic frameworks, MOFs) als Tr?germaterialien vorgeschlagen. F¨¹r ihre Studien hat sie exemplarisch drei MOF-Ger¨¹ststrukturen ausgew?hlt und deren Eignung als Wirkstoff-Tr?germaterialien von Arsentrioxid erforscht. Ihre Studien belegen, dass MOFs sich hervorragend f¨¹r den sicheren Transport von hochtoxischen Wirkstoffen wie Arsentrioxid ¨¹ber den Blutstrom eignen. Diese Erkenntnisse bringen das bestehende Wissen der Krebsforschung einen gro?en Schritt voran und stellen einen ?u?erst wichtigen Fortschritt bei der Entwicklung dringend ben?tigter alternativer Therapien f¨¹r Patienten mit Krebserkrankungen dar.

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Abbildung: Schematische Darstellung verschiedener Metall-organischer Ger¨¹ststrukturen (MFU-4l, MOF-74 und ZIF-8) und ihre Beladung mit hochtoxischem Arsentrioxid f¨¹r solide Tumorentit?ten als sichere Wirkstoff-Tr?germaterialien.

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Der Professor Erich Krautz-Preis des Jahres 2020 wird Dr. Matthias Wei? verliehen. Damit w¨¹rdigen die Stiftung und das Institut f¨¹r Physik seine exzellenten Forschungsarbeiten an der Schnittstelle zwischen moderner Festk?rper-, Nano- und Quantenphysik. Ins Zentrum seiner Forschung stellte Matthias Wei? die fundamentale Kopplung von Licht, Schall und Materie auf der Nanoskala. Mit gro?em experimentellem Geschick gelang es ihm, die ?drei Elementarteilchen¡° der Festk?rperphysik, Elektronen, Photonen und Phononen gezielt in Wechselwirkung zu bringen. Hierzu ?mischte¡° er Photonen eines Lasers und Phononen einer akustischen Oberfl?chenwelle mit Hilfe eines ?k¨¹nstlichen Atom¡°, einem sogenannten Quantenpunkt. Diese pr?zise Mischung f¨¹hrt zu einer exakt programmierbaren gequantelten ?nderung der Farbe der abgestrahlten einzelnen Photonen.

Abbildung: Das Licht eines Lasers (gr¨¹n) wird durch ein k¨¹nstliches Atom mit der Schallwelle gemischt. So wird die Farbe der abgestrahlten Lichtquanten (rot und blau) mit h?chster Pr?zision ver?ndert.

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Mit diesem Preis w¨¹rdigen die Stiftung und das Institut f¨¹r Physik seine exzellenten Forschungsarbeiten, die einen grundlegenden Beitrag in der chemischen Katalyse darstellen. Dabei stand die druckinduzierte und metallkatalysierte Aktivierung von C-H Bindungen, die als Schl¨¹sselschritt in vielen gro?technischen Prozessen (z.B. Polymerisierung von Olefinen) eine entscheidende Rolle spielt, im zentralen Fokus seiner Studien. Aufgrund des relativ inerten Charakters unpolarer C-H Bindungen ist diese Bindungsaktivierung schwierig zu bewerkstelligen und wird deshalb in der Literatur h?ufig als ?der heilige Gral¡° der metallorganischen Chemie bezeichnet. Herr Dr. Schmitz hat somit auf diesem sehr aktiven und ?u?erst kompetitiven Forschungsgebiet der Chemischen Physik beeindruckende Pionierarbeit geleistet, die es k¨¹nftig erm?glichen wird, die mikroskopischen Kontrollparameter der C-H Bindungsaktivierung unter in-situ Bedingungen analysieren zu k?nnen.

Abbildung: Druckabh?ngige IR-Spektren eines Platinkomplexes mit koordinierendem Chloroformliganden, der eine aktivierte C-H Bindung aufweist. Die Streckmode dieser metallverbr¨¹ckenden C-H Bindung weist zwischen Normaldruck und 3,4(1) GPa eine Rotverschiebung auf, die mit einer druckinduzierten Bindungsaktivierung einhergeht.

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Der Preistr?ger f¨¹r das Jahr 2018 ist Alexander Geiseler. Damit w¨¹rdigen die Stiftung und das Institut f¨¹r Physik seine exzellenten Forschungsarbeiten, die einen richtungsweisenden Beitrag auf dem Gebiet des Transports selbstangetriebener Brown¡¯scher Teilchen (sogenannter artificial microswimmers) darstellen. Da deren Bewegung zwar ?aktiv¡°, aber in ihrer Richtung prim?r rein zuf?llig ist, ist die Steuerung selbstangetriebener Brown¡¯scher Teilchen derzeit ein gro?es Suchfeld im Hinblick auf deren Einsatz in der Nanorobotik, z. B. als Wirkstofftransporteur f¨¹r verschiedene biologisch-medizinische Aufgaben.

Abbildung: Teilchendrift v_x als Funktion der Breite L und der Geschwindigkeit u der Aktivierungspulse. F¨¹r langsame und breite Pulse schwimmen die Teilchen entgegen der Ausbreitungsrichtung der Pulse, w?hrend sie sich f¨¹r schnelle oder schmale Pulse mit diesen fortbewegen.

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Der Professor Erich Krautz-Preis 2017 geht an Dr. Birgit Hebler f¨¹r ihre mit "summa cum laude" bewertete Dissertation "Kopplungsph?nomene in ferri- und ferromagnetischen Heterostrukturen". Im Rahmen ihrer Arbeit hat die Preistr?gerin? eine systematische Analyse von magnetischen Kopplungssystemen mit einer senkrecht zur Filmebene orientierten Magnetisierungsachse bestehend aus ferri- und ferromagnetischen Schichten durchgef¨¹hrt.

Abbildung: Die in positive und negative Feldrichtung verschobenen Teil-Hysteresen einer Tb₁₈Fe₈₁(10nm)/Tb₃₆Fe₆₄(10nm) Heterostruktur aufgenommen bei 130 K (aus B. Hebler et al., Phys. Rev. B 95, 104410 (2017)).

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Bernhard Fichtl's preisgekr?nte Dissertation ist von der Idee inspiriert, dass biologische Grenzschichten, wie zum Beispiel Zellmembranen, die das Grundger¨¹st allen Lebens bilden, weit mehr sind als semipermeable Barrieren: Sie stellen ein unabh?ngiges thermodynamisches System dar, das auf St?rungen seiner Umgebung mit statischen und dynamischen Zustands?nderungen reagiert. Da ein Gro?teil der Enzyme in der Natur nicht frei vorliegt, sondern in die Membranen eingebettet ist, stellt sich die Frage, welche Rolle die physikalischen Eigenschaften dieser Grenzfl?chen f¨¹r die biochemischen Prozesse der Zelle und damit f¨¹r das Leben selbst spielen.

Low-dimensional quantum magnets provide unique possibilities to study ground and excited states of quantum models, to explore new phases of quantum matter, and to investigate the interplay of quantum and thermal fluctuations. In his dissertation entitled "Terahertz and Infrared Spectroscopy on Low-Dimensional Quantum Magnets", Zhe Wang has studied quantum phase transitions and quantum spin dynamics, and its interplay with lattice and orbital degrees of freedom, in a variety of low-dimensional quantum spin systems in static and pulsed high magnetic fields up to 60 Tesla.

In seiner Dissertation mit dem Titel "Nichtlineare dielektrische Spektroskopie zum Nachweis von Kooperativit?t und Heterogenit?t in glasbildenden Fl¨¹ssigkeiten" hat Thomas Bauer dielektrische Experimente bei extrem hohen Spannungen durchgef¨¹hrt, um nichtlineare Beitr?ge zur dielektrischen Permittivit?t am Glas¨¹bergang zu bestimmen. Nach theoretischen Vorhersagen erlauben nichtlineare Suszeptibilit?ten Aussagen zu kritischen L?ngenskalen am Glas¨¹bergang, die experimentell sonst sehr schwer oder gar nicht zug?nglich sind. Es ist Herrn Bauer gelungen, durch h?chste Experimentierkunst und Originalit?t der Messungen nichtlineare dielektrische Experimente mit bisher nicht erreichbarer Pr?zision durchzuf¨¹hren. Damit gelang ihm unter anderem der Nachweis des theoretisch vermuteten Zusammenhangs von intermolekularen Korrelationen, d. h. gemeinsame Teilchenbewegung, mit der Viskosit?t am Glas¨¹bergang (siehe Schaubild).

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Abbildung: Mit sinkender Temperatur gibt es immer gr??ere Bereiche (farbig markiert) in der glasbildenden Fl¨¹ssigkeit, in denen sich die Teilchen gemeinsam bewegen. Dadurch erh?ht sich die Viskosit?t kontinuierlich.

Mit der Verleihung des Krautz-Preises w¨¹rdigen die Stiftung der Universit?t Augsburg und das Institut f¨¹r Physik Manuel Presnitz' herausragende Dissertationsarbeit, in der in beeindruckender Weise seine umfangreichen "Untersuchungen an Materialien mit niederdimensionalen Eigenschaften" zusammengefasst sind. Der Fokus der Arbeit war die Bestimmung und Analyse der elektronischen und magnetischen Strukturen niederdimensionaler Hybridmaterialien wie (i) metallorganische Perowskite und (ii) Dichalcogenide sowie (iii) molekulare anorganische Radikale. Ziel war es, ein besseres Verst?ndnis dar¨¹ber zu erlangen, wie sich multi-funktionelle Materialeigenschaften in Hybridmaterialien durch eine Reduktion der Dimensionalit?t systematisch generieren lassen und welche physikalischen und chemischen Kontrollparameter dabei die entscheidende Rolle spielen. Als Beispiel ist die Struktur von polymerem Methyltrioxorhenium (MTO) im unteren Bild dargestellt.

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Manuel Presnitz hat sowohl sowohl detaillierte theoretische als auch hoch-pr?zise experimentelle Untersuchungen durchgef¨¹hrt. Mithilfe aufw?ndiger Rechnungen auf der Basis der Dichtefunktionaltheorie war es z. B. f¨¹r MTO und poly-MTO m?glich, den zweidimensionalen Charakter der elektronischen Eigenschaften zu identifizieren.

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Seine magnetischen Studien zu den magnetischen Eigenschaften des Diradikals (CNSSS)₂
[5,5'-Bis-(1,2,3,4-trithiazolium)] verkn¨¹pfen experimentelle ESR- und Magnetometermessungen mit verschiedenen quantenchemischen Modellen und f¨¹hren schlie?lich zur Entwicklung eines Spinmodells f¨¹r das Diradikal in verschiedenen Festk?rpermatrizen. Mit umfangreichen Instrumentier- und Programmierarbeiten an einem kommerziellen SQUID-Magnetometer hat er au?erdem die Voraussetzungen zur Untersuchung der supraleitenden Eigenschaften metall-organischer Interkalationsverbindungen, wof¨¹r au?erordentlich pr?zise magnetische Messungen bei sehr kleinen und verl?sslich reproduzierbaren Magnetfeldern (B ¡Ü 200 G) n?tig sind, geschaffen.

Mit der Verleihung des Krautz-Preises w¨¹rdigen die Stiftung der Universit?t Augsburg und das Institut f¨¹r Physik Julia Kraus' systematische und umfassende Untersuchungen der physikalischen und strukturellen Eigenschaften organischer Heterostruktursolarzellen.

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Die Herausforderung bei organischen Halbleitern f¨¹r Anwendungen in der Photovoltaik liegt in der exzitonischen Natur der optischen Anregungszust?nde. Daher ist f¨¹r eine effiziente Ladungstrennung die Kombination von zwei Komponenten mit unterschiedlichen Elektronenaffinit?ten und Ionisationspotentialen - einem Elektronendonor und einem Elektronenakzeptor - notwendig. Gleichzeitig muss diese D/A-Grenzfl?che innerhalb der Lebensdauer der Exzitonen erreicht werden, was insbesondere bei Exzitonendiffusionsl?ngen im Nanometerbereich gewisse Herausforderungen an die Schichtmorpologie eines derartigen Hetero¨¹bergangs mit sich bringt. Vor allem bei aus der L?sung aufgebrachten Polymerschichten hat sich dabei das Konzept der Volumenmischung durchgesetzt, bei molekularen Materialien, wie sie von Frau Kraus untersucht wurden, ist das Rennen zwischen beiden Konzepten - Mischung und planarer Hetero¨¹bergang - im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Zellen derzeit noch offen.

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Gerade vor diesem Hintergrund haben die Untersuchungen von Julia Kraus sowohl im Hinblick auf die Entwicklung eines besseren Verst?ndnisses f¨¹r die physikalischen Prozesse sowie die Ma?schneiderung organischer Heterostrukturen zur Verbesserung der Leistungsf?higkeit der Bauelemente eine sehr gro?e Bedeutung. Ihre Herangehensweise ist dabei sehr systematisch und gleichzeitig umfassend. An Hand eines prototypischen Modellsystems bestehend aus dem molekularen Donor Diindenoperylen und dem Fulleren C60, die in dieser Kombination erstmals eingesetzt wurden, entwickelt sie ein ganzheitliches Verst?ndnis aller relevanten Grenzfl?chen in einem derartigen Bauelement. Von besonderer Bedeutung ist nat¨¹rlich die aktive Donor-Akzeptor-Grenzfl?che; daneben werden aber auch beide Elektrodengrenzfl?chen sowie der Volumentransport durch den organischen Halbleiter untersucht.

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Referenz:

• J. Wagner et al., Adv. Funct. Mater. (2010)

Mit der Verleihung des Krautz-Preises w¨¹rdigen die Stiftung der Universit?t Augsburg und das Institut f¨¹r Physik Markus Sause's hervorragenden Forschungsarbeiten, die einen grundlegenden Beitrag f¨¹r das Feld der Schallemissionsanalyse liefert und insbesondere bahnbrechend f¨¹r Erforschung der Schallemission von faserverst?rkten Materialien ist.

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Entscheidend f¨¹r die Verbesserung von hybriden Materialien, wie z. B. kohlenstofffaserverst?rkte Kunststoffe (CFK), ist die Entwicklung neuer Materialien, Bauweisen und Fertigungstechnologien. Das volle Potential l?sst sich dabei aber nur ausspielen, wenn eine gesicherte Versagensvorhersage getroffen werden kann. Hier bietet die Schallemissionsanalyse einzigartige M?glichkeiten, um w?hrend der Belastung eines Bauteils eine Aussage ¨¹ber den Sch?digungsfortschritt zu treffen.

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F¨¹r diesen Zweck hat Markus Sause auf experimenteller Seite methodische Verfahren entwickelt, um eine Unterscheidung bestimmter Versagensmechanismen zu erm?glichen. Im Rahmen der Arbeit wurde ein neuer Ansatz f¨¹r parameterbasierte Mustererkennung erarbeitet und in der Anwendung auf Faserverbundwerkstoffe etabliert. Hierbei wird in einem automatisierten Prozess ein Bewertungsschema durchlaufen, welches ohne vorherige Annahmen ¨¹ber die Struktur des Datensatz eine optimale Einteilung der Signale vornimmt. Dadurch k?nnen im n?chsten Schritt diese Signalklassen durch Verwendung von Mikroskopie oder Finite-Elemente-Simulationen mit bestimmten Schadensmechanismen in Faserverbundwerkstoffen korreliert werden. Dazu werden erstmalig innerhalb eines eigens entwickelten Softwareprogramms gemittelte Frequenz-Zeit Diagramme errechnet und f¨¹r die Korrelation verwendet.

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Um ein tiefergehendes Verst?ndnis der Aussagekraft von akustischen Wellen ¨¹ber die Vorg?nge im Material zu erreichen, wurden innerhalb der Dissertation auch neue Ans?tze zur Modellierung von Schallemissionsquellen verfolgt.

F¨¹r den Krautz-Preis nominiert wurde Martin Eckstein f¨¹r seine herausragenden theoretischen Untersuchungen von stark korrelierten Modellsystemen au?erhalb des thermodynamischen Gleichgewichts. Unter anderem untersuchte er anhand des Hubbard-Modells, wie sich Vielteilchensysteme zeitlich entwickeln, wenn zum Beispiel die Wechselwirkung zu einen bestimmten Zeitpunkt "eingeschaltet" wird. Seine im Jahr 2009 abgeschlossene Dissertation mit dem Titel "Theory of correlated systems out of equilibrium" wurde mit der Bestnote "summa cum laude" bewertet, ebenso seine Leistung in der m¨¹ndlichen Pr¨¹fung. "Es ist selten, dass ein junger Theoretiker mit derartiger Originalit?t und technischem K?nnen in theoretisch-physikalisches Neuland vordringt", so die Einsch?tzung seines Betreuers, Prof. Dr. Dieter Vollhardt.

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Dr. Stefan Paetel (geb. Thiel), Jahrgang 1979, hat von 1999 bis 2004 an der Universit?t Augsburg Physik studiert. Das Thema seiner am Lehrstuhl f¨¹r Experimentalphysik VI geschriebenen Diplomarbeit waren ?Transport Measurements on Oxide Heterostructures¡°. W?hrend seiner anschlie?enden T?tigkeit als Wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl f¨¹r Experimentalphysik VI entstand zwischen 2005 und 2008 seine Doktorarbeit mit dem Titel ?Study of Interface Properties in LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures¡°. 2007 erhielt Paetel den THIOX Award der European Science Foundation f¨¹r ausgezeichnete Forschung im Bereich der Elektronengase in oxidischen Heterostrukturen.?Seit Oktober 2009 arbeitet er am Zentrum f¨¹r Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart, wo er M?glichkeiten der Optimierung von Solarzellen erforscht.

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Die Augsburger Universit?tsstiftung und das Institut f¨¹r Physik w¨¹rdigen mit dieser Auszeichnung Paetels ?Aufsehen erregende Leistungen zur Erforschung zweidimensionaler Elektronensysteme in oxidischen Heterostrukturen¡°. Konkret ist es Paetel in seiner summa cum laude-Dissertation gelungen, mit atomarer Pr?zision Schichten aus Isolatoren so zu stapeln, dass an der Grenzfl?che leitf?hige, zweidimensionale Elektronensysteme mit neuen elektronischen Eigenschaften entstehen. Er konnte diese Systeme strukturieren, ihre Eigenschaften messen und damit entscheidende Fortschritte beim Verst?ndnis der Funktion der neuen Elektronensysteme erzielen.

F¨¹r den Krautz-Preis nominiert wurde J?rn Dunkel ?nicht nur auf Grund seiner h?chst anspruchsvollen und einmalig beeindruckenden Leistung im Rahmen seiner summa cum laude-Promotion mit dem Titel ?Relativistic Brownian Motion and Diffusion Processes? sondern auch auf Grund seines breiten Wissens in vielen anderen aktuellen Gebieten der theoretischen Physik, wegen seiner integeren Pers?nlichkeit und wegen seines Ausnahmepotentials als zuk¨¹nftiger Forscher und Hochschullehrer. Dunkel verf¨¹ge ¨¹ber ein sehr tiefes Verst?ndnis f¨¹r komplexe physikalische Zusammenh?nge und zugleich ¨¹ber ein umfangreiches mathematisches K?nnen und Wissen, das n?tig sei, um diese herausfordernden Fragestellungen zur relativistischen Brownschen Bewegung und relativistischen Thermodynamik mit Erfolg zu bearbeiten. Die von ihm erzielten Ergebnisse seien ohne Zweifel richtungweisend f¨¹r die Wissenschaftsgemeinde, originell und h?chst aktuell.¡°

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Dr. Thomas Frommelt, Jahrgang 1978, hat von 1998 bis 2003 an der Universit?t Augsburg Physik mit Nebenfach Informatik studiert. Thema seiner am Lehrstuhl f¨¹r Experimentalphysik IV (Prof. Dr. Bernd Stritzker) f¨¹r die AFS Entwicklungs + Vertriebs GmbH geschriebenen Diplomarbeit war ?Der Plasmajet als dielektrische Barrierenentladung und Beschichtungsanlage¡°. W?hrend seiner anschlie?enden T?tigkeit als Wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl f¨¹r Experimentalphysik I (Prof. Dr. Achim Wixforth) entstand zwischen 2003 und 2007 seine Doktorarbeit, die im vorigen Jahr auch bereits mit dem Universit?tspreis der Gesellschaft der Freunde der Universit?t Augsburg ausgezeichnet wurde. F¨¹r seinen Vortrag ¨¹ber ?Vortex engineering with surface acoustic wave fluidics¡° erhielt Frommelt bei der Konferenz des DFG Schwerpunktprojekts 1164 ?Nano- und Mikrofluidik¡° den ersten Preis. Bereits seit Beginn seines Studiums betreibt Frommelt ein eigenes IT-Unternehmen, seit April 2008 arbeitet er als Projektmanager bei der SGL Carbon GmbH in Meitingen.

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Frommelt hat nun einen neuartigen Pump- und Mischmechanismus entwickelt, der der hinderlichen ?Z?higkeit¡° kleinster Fl¨¹ssigkeitsmengen gewisserma?en keine Chance l?sst und somit einen gro?en Schritt in Richtung Chip-Labor darstellt. Dieser Mechanismus beruht auf der Wechselwirkung zwischen nanoskopisch kleinen Erdbeben ? sogenannten akustischer Oberfl?chenwellen ? und ebenso nanoskopisch kleinen Fl¨¹ssigkeitsmengen auf dem Chip. Wie ein Ultraminiatur-Tsunami durchwirbeln und bewegen diese Nanobeben die winzigen Tr?pfchen und Fl¨¹ssigkeitsfilme. Die Beben werden von Mikroelektroden angeregt, an die ein Hochfrequenzsignal angelegt wird. Verwendet man zwei solcher Epizentren, so gelingt es sogar, eine quasi chaotische Mischung zu erreichen, die besonders schnell zum gew¨¹nschten Ergebnis f¨¹hrt.

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