Performance:
Der TecDAX der Deutschen Börse AG legte im Mai 2016 um circa 4% zu.
Trend:
Auf Monatsbasis nach einem negativen Monat somit nun ein positiver Monat.
Weltrekord in der terrestrischen Funkübertragung
Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 18.05.2016
Multi-Gigabit-Funk über höchste Distanzen
Den Inhalt einer handelsüblichen DVD in zehn Sekunden per Funk zu übermitteln, ist unvorstellbar schnell – und ein neuer Weltrekord der Datenübertragung. Mit einer Datenrate von 6 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) über eine Entfernung von 37 Kilometern hat ein Forschungsverbund unter Beteiligung von Forschenden der Universität Stuttgart und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) den Stand der Technik um den Faktor 10 übertroffen.
Durchgeführt wurde das Verbundprojekt ACCESS (Advanced E-Band Satellite Link Studies) von einer Forschungsgruppe um Prof. Ingmar Kallfass vom Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme (ILH) der Universität Stuttgart, dem Institut für Hochfrequenztechnik und Elektrotechnik (IHE) des KIT, der Radiometer Physics GmbH und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF.
Dem Team gelang die Rekord-Datenübertragung auf einer Strecke zwischen Köln und dem 36,7 km entfernten Wachtberg. Die Stationen standen auf dem 45-stöckigen Uni-Center in Köln und dem Gelände des Weltraumbeobachtungsradar TIRA am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) in Wachtberg.
Rekord durch Einsatz neuester Technologie
Die extrem hohe Datenrate von 6 Gbit/s erzielte die Gruppe durch leistungsfähige Sender und Empfänger bei einer Radiofrequenz von 71–76 Gigahertz (GHz) im für den terrestrischen und Satellitenfunk freigegebenen „E-Band“. Nur in diesem Frequenzbereich mit Millimeterwellen stehen die erforderlichen hohen Nutzbandbreiten zur Verfügung. Nur hier lassen sich die enormen Datenraten verwirklichen.
Eine weitere Schwierigkeit ist die Abschwächung der Signale über größere Entfernungen. Entsprechend stark muss gesendet werden, entsprechend leistungsfähig muss am Ende der Verstärker sein. Schlüssel zu der einzigartigen Kombination aus Gigabit-Datenrate und Höchstdistanz bilden die leistungsfähigen Sender und Empfänger in Form voll monolithisch integrierter Millimeterwellen-Schaltungen (MMICs).
Den Schaltungen liegen zwei innovative Transistortechnologien zugrunde, die der Projektpartner Fraunhofer IAF entwickelt und hergestellt hat. Im Sender werden die breitbandigen Signale mit Hilfe von Leistungsverstärkern auf Basis des neuartigen Verbindungshalbleiters Galliumnitrid auf eine vergleichsweise hohe Sendeleistung von bis zu 1 W gebracht. Eine hoch gerichtete Parabolantenne strahlt die Signale ab. Im Empfänger sind rauscharme Empfangsverstärker auf Basis von Höchstgeschwindigkeitstransistoren, unter Verwendung von Indium-Gallium-Arsenid-Halbleiterschichten mit sehr hoher Elektronenbeweglichkeit, eingebaut. Sie sorgen für die Detektion der über die Entfernung äußerst stark abgeschwächten Signale.
Vielzahl an Anwendungsgebieten
Die Übertragung hoher Datenmengen per Funk über große Distanzen dient einer Vielzahl wichtiger Anwendungsgebiete: Die nächste Generation der Satellitenkommunikation erfordert einen immer größeren Datenfluss von Erdbeobachtungssatelliten zur Erde. Die Versorgung des ländlichen Raumes und entlegener Gebiete mit schnellem Internet ist bei einer Datenrate wie bei dem Versuch möglich. 250 Internetanschlüsse könnten mit 24 Mbit/s ADSL versorgt werden. Terrestrische Funkübertragung im E-Band eignet sich als kosteneffizienter Ersatz für das Verlegen von Glasfaser oder als Ad-hoc-Netz im Krisen- und Katastrophenfall, bis hin zur Verbindung von Basisstationen im Backhaul der Mobilkommunikation.
Bedarf ungebremst steigend
Dem ungebremst ansteigenden Bedarf an immer höheren Datenraten in fasergebundenen und drahtlosen Kommunikationsnetzen kann nur mit technologischen Innovationen bei der Netzinfrastruktur begegnet werden. Moderne Entwicklungen wie das Internet der Dinge und Industrie 4.0 stehen darüber hinaus erst an ihrem Anfang. Sie verlangen nach bisher nie dagewesenen aggregierten Datenmengen. Deren Verarbeitung und Übertragung in cloud-basierten Diensten bringt die Kommunikationsinfrastruktur bereits heute an ihre Grenzen. Auch in der Satellitenkommunikation führen die Fortschritte in der Erdbeobachtung und Weltraumforschung sowie Pläne eines weltumspannenden Satellitennetzes zu bisher ungelösten Herausforderungen in der Kommunikationsinfrastruktur.
Das Projekt im Überblick
ACCESS wurde zum 30. April beendet und findet seine Fortsetzung im Nachfolgeprojekt ELIPSE (E-Band Link Platform and Test for Satellite Communication). Ziel war die nächste Generation von Kommunikationssystemen für die schnelle Anbindung von Satelliten. Eine weitere Anwendung liegt aber auch im terrestrischen Richtfunk.
Neben der Universität Stuttgart, dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist der Industriepartner Radiometer Physics GmbH (A Rohde & Schwarz Company) beteiligt. Das Projekt wurde gefördert durch das Bundeministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Unterstützung leisteten das Fraunhofer FHR, das Uni-Center Köln und der Südwest-Rundfunk, die den Zugang zu ihren Gebäuden gewährten. (lg/le)
Externer Link: www.kit.edu
Wie Laserpulse Protone dirigieren
Presseinformation der LMU München vom 13.05.2016
Mit ultrakurzen Lichtblitzen ist es Forschern von LMU und MPQ gelungen, die Anordnung der Atome in Kohlenwasserstoffmolekülen zu manipulieren.
Forscher der LMU und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik (MPQ) haben mit Licht Kohlenwasserstoffe umgebaut. Dazu lösten sie mit ultrakurzen Laserpulsen eines der äußeren Wasserstoffatome an einem Kohlenwasserstoffmolekül und dirigierten es anschließend auf die gegenüberliegende Seite. Dort dockte das Proton wieder an. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler aktuell in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.
Die experimentellen Beobachtungen und ihr grundlegender Mechanismus wurden mittels quantenmechanischer Simulationen der Arbeitsgruppe von Professor Regina de Vivie-Riedle vom Department Chemie der LMU erklärt. Mit einem nur wenige Femtosekunden langen Laserpuls beeinflussten die Physiker um Professor Matthias Kling, Leiter der Arbeitsgruppe Ultraschnelle Nanophotonik an der Fakultät für Physik der LMU, die Schwingungen eines Acetylen-Moleküls: Noch mit dem gleichen Lichtpuls konnten sie das Ablösen eines bestimmten – des linken oder des rechten – Wasserstoffatoms erzwingen. Die Wanderung des Wasserstoffatoms auf die andere Seite fand dann im ionischen Zustand des Moleküls von alleine statt. Es bildet sich Vinyliden. Neben Acetylen haben die Forscher auch Allen, das ebenfalls zur Gruppe der Kohlenwasserstoffe gehört, auf diese Weise umgebaut. Sie konnten damit zeigen, dass ihre Methode auch für längerkettige Kohlenwasserstoffe funktioniert.
Bewegungen von Elektronen und Atomen sind elementare Vorgänge bei chemischen Prozessen in der Natur. Mit Lasertechnologie ist der Mensch heute schon bedingt in der Lage, auf diese Bewegungen Einfluss zu nehmen. „Unsere Experimente haben gezeigt, dass wir nicht nur Elektronen im Mikrokosmos dirigieren können, sondern auch die rund 2000 Mal schwereren Wasserstoffatome“, erklärt Matthias Kling. „Für den zugrunde liegende Mechanismus ist in beiden Fällen die Wellennatur der kontrollierten Teilchen verantwortlich“ erläutert Regina de Vivie-Riedle.
Die Forscher haben es mit ihrem Versuch geschafft, mit Licht Materie neu zu definieren. „Wir hoffen, mit unserer Methode künftig die verschiedensten Arten von Stoffen zerlegen und neu zusammensetzen zu können“, sagt Kling. Eine solche, lichtgesteuerte Synthese von Materie könnte es künftig ermöglichen, ganz neue Stoffe zu erschaffen. Gerade in der Medizin und dem damit verbundenen Design neuer Medikamente ist diese Perspektive reizvoll.
Publikation:
Physical Review Letters 2016
Externer Link: www.uni-muenchen.de
Ein negatives Enzym liefert positive Resultate
Medienmitteilung der Universität Basel vom 23.05.2016
In den letzten zwanzig Jahren hat die Chemie viele wichtige Instrumente und Verfahren für die Biologie hervorgebracht. Heute können wir Proteine herstellen, die in der Natur bisher nicht vorkommen. Es lassen sich Bilder von Ausschnitten lebender Zellen aufnehmen und sogar einzelne Zellen in lebendigen Tieren beobachten. Diese Woche haben zwei Forschungsgruppen der Universitäten Basel und Genf, die beide dem Nationalen Forschungsschwerpunkt Molecular Systems Engineering angehören, im Forschungsmagazin «ACS Central Science» präsentiert, wie man ein nicht-natürliches Protein designt, das völlig neue Fähigkeiten aufweist.
Proteine sind die Arbeitspferde jeder Zelle. Sie bestehen aus Aminosäurebausteinen, die als Kette verbunden sind, welche sich zu funktionalen Maschinen zusammenfalten, um anschliessend alle wesentlichen zellulären Prozesse anzutreiben. Für diese Aufgaben benötigt die Natur zwanzig solcher Aminosäurebausteine zusammen mit ein paar spezialisierten Kofaktoren, die häufig zu der Gruppe der Vitamine zählen. Chemiker haben intelligente Wege gefunden, wie man das natürliche Proteinrepertoire beispielsweise durch das Hinzufügen zusätzlicher nicht-natürlicher Aminosäuren oder Kofaktoren erweitern kann.
Die Forscher um Stefan Matile und Thomas Ward haben jetzt einen neuartigen Kofaktor geschaffen, welcher eine der klassischen Wechselwirkungen in Proteinen umkehrt: die Kationen-π-Bindung, also die Stabilisierung einer positiven Ladung durch Anlagerung an eine elektronenreiche Molekülebene. Die Natur verwendet diese Kationen-π-Bindungen bei der Herstellung von so wichtigen Molekülen wie Steroiden, Hormonen, Vitaminen, Sehpigmenten oder Duftstoffen, um Signale in das Gehirn zu vermitteln, Antigene zu erkennen und Ähnlichem.
Nun haben die Forschungsgruppen von Matile und Ward ihren neuen Kofaktor und das daraus resultierende künstlichen Protein verwendet, um zusammen das erste «Anionen-π-Enzym» der Natur zu bauen. Darin ist die elektronenreiche durch eine elektronenarme Moleküleben ersetzt, wodurch eine negative Ladung während der Reaktion stabilisiert wird. Die Forscher konnten zeigen, dass Proteine mit dieser in der Natur nicht vorkommenden Funktionalität traditionelle organisch-chemische Katalysatoren in einer wichtigen, aber energetisch ungünstigen Reaktion bezüglich ihrer hohen Spezifität und Selektivität übertreffen. Die Forscher sind optimistisch, dass dieser Ansatz in Zukunft in Zellen verwendet werden kann, um bisher unmögliche chemische Transformationen zu ermöglichen.
Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unterstützung durch den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) Molecular Systems Engineering und Chemische Biologie, bei der Universität Genf und der Universität Basel sowie dem Europäischen Forschungsrat.
Originalbeitrag:
Yoann Cotelle, Vincent Lebrun, Naomi Sakai, Thomas R. Ward, and Stefan Matile
Anion-π Enzymes
ACS Central Science (2016), doi: 10.1021/acscentsci.6b00097
Externer Link: www.unibas.ch
ERC Proof of Concept Grant: Spintronik soll marktreif werden
Presseaussendung der TU Wien vom 18.05.2016
Kleinere Bauteile, die den Spin der Elektronen nutzen: Das Spintronik-Flipflop, eine Erfindung der TU Wien, wird mit einem ERC Grant gefördert. Nun werden Prototypen gebaut.
Lange wurde die Mikroelektronik immer weiter verbessert, indem man die Bauteile verkleinerte. Doch diese Zeit ist vorbei: Man stößt auf physikalische Grenzen. Für weiteren Fortschritt braucht man alternative Ideen, und eine besonders vielversprechende ist die Spintronik. Sie nutzt nicht nur die elektrische Ladung der Elektronen, sondern auch ihren Eigendrehimpuls, den Spin. Den Elektrotechnikern Prof. Siegfried Selberherr und Thomas Windbacher vom Institut für Mikroelektronik der TU Wien ist es gelungen, ein rein auf Spintronik basierendes Flipflop zu entwickeln – ein unverzichtbares Bauteil in der Elektronik. Nun können mit einem prestigeträchtigen ERC Proof of Concept Grant erste Prototypen hergestellt werden, um die bereits patentierte Idee kommerziell verwertbar zu machen. Bereits im Vorjahr wurde das Projekt vom European Research Council für die Förderung ausgewählt, nun sind alle Voraussetzungen erfüllt, und das Projekt kann starten.
Erst berechnen, dann bauen
Das Team von Siegfried Selberherr forscht seit Jahren mit großem Erfolg im Bereich der Spintronik – das beweisen zahlreiche Patente und ein ERC Advanced Grant, mit dem Selberherr 2010 ausgezeichnet wurde. Entwickelt werden Spintronik-Bauteile nicht im Labor, sondern am Computer: „Man braucht große, aufwändige Computersimulationen, um das Verhalten der Bauteile zu berechnen, zu verstehen und zu verbessern“, erklärt Selberherr. „Ausgehend von den fundamentalen Gesetzen der Quantenphysik untersuchen wir das Verhalten der Bauteile und können sie dadurch optimieren, schon bevor sie überhaupt produziert werden.“
Ein Problem der heutigen Elektronik ist, dass man Energie und Zeit benötigt, um die elektrischen Ladungen an die gewünschten Stellen zu transportieren, und dass man laufend Energie aufwenden muss, damit die Ladungen auch dort bleiben. Bis etwa beim Hochfahren eines Handys alle Ladungen wieder dort sitzen, wo sie vor dem Abschalten waren, vergeht einige Zeit. „Spintronik würde dieses Problem lösen“, sagt Thomas Windbacher. „Bei Energieverbrauch und Geschwindigkeit ist Spintronik überlegen. Das Problem liegt allerdings daran, dass sie die extreme Integrationsdichte der herkömmlichen Elektronik derzeit nicht erreicht.“
Spintronik wird endlich kompakter
Mikroelektronik kann heute extrem kompakt gebaut werden. In der Spintronik werden heute nur Hybridlösungen eingesetzt – kombiniert mit konventioneller Mikroelektronik. Dadurch benötigt man zusätzliche Signalkonverter, die zwischen der ladungsbasierten Elektronik und der spinbasierten Spintronik vermitteln. Das macht zusätzliche Bauelemente notwendig und vergrößert somit den Platzbedarf. Selberherrs Team an der TU Wien hat daher nun Bauteile entwickelt, die ausschließlich im Spintronik-Bereich funktionieren und keine Signalkonversion zwischen diesen beiden Welten mehr brauchen.
Dabei entstand ein rein spintronisches Flipflop – ein ganz grundlegend wichtiges Bauelement. Flipflops können zwischen zwei verschiedenen Zuständen hin und her geschaltet werden, sie sind elementare Ein-Bit-Speicher. „Unser Flipflop macht sich den Spin-Transfer-Drehmoment-Effekt und die magnetische Austauschwechselwirkung für die Operation zu Nutze und ermöglicht dadurch eine extrem kompakte Struktur“, erklärt Siegfried Selberherr. Das neue Flipflop benötigt weniger als ein Zehntel der Grundfläche der bislang bekannten Flipflops. Außerdem kann es zu einem Schieberegister gestapelt werden – einem bedeutsamen logischen Schaltwerk, das sich somit ebenfalls auf extrem geringer Fläche unterbringen lässt.
ERC Proof of Concept Grant Facts
Mit den Proof of Concept Grants hat der ERC eine Möglichkeit geschaffen, die kommerzielle Verwertung für die im Rahmen von ERC Grants entstandenen Ideen und Forschungsergebnisse gezielt zu fördern. Das Ziel eines PoC-Grants ist häufig die Erstellung eines Präsentations-Pakets, um Risikokapitalgeber, Unternehmen und / oder „social entrepreneurs“ davon zu überzeugen, in diese Technologie zu investieren und sie durch die frühe Vermarktungsphase zu führen. (Florian Aigner)
Externer Link: www.tuwien.ac.at