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TU Berlin

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Summary in English and German

The nonequilibrium transport of interacting electrons through an ensemble of semiconductor quantum dots reveals quantum
correlations between these electrons. Nanorods suspended in an aqueous solvent and driven by an imposed shear flow dis-
play complex motional patterns including chaotic features. Neurons that interact via action-potential pulses traveling along
axons give rise to nonlinear excitation waves.
These are three examples of systems we will study within the Research Training Group (RTG) Nonequilibrium Collective Dynamics in Condensed Matter and Biological Systems. To cover the topic in its breadth, we will set up a research program with three focused project areas for different material systems. Within hard condensed matter, we will concentrate on nonlinear transport and quantum optics in semiconductor nanostructures. In soft matter systems, we will investigate the collective dynamics of dispersed colloidal particles and their hydrodynamic interactions in aqueous solvents. Finally, self-organization and nonlinear waves in active biological media, such as biofilms, neural systems, and the heart, will be studied.
Our Research Training Group is an interdisciplinary initiative in the sense that it aims to unravel common features and methods in the description of the nonequilibrium collective dynamics of interacting entities. Thereby, novel views on the respective research fields from physics and biology are expected to emerge. The research program is a combination of theoretical projects, with strong links to experiments, and the participation of two experimental groups. Although the research program concentrates on basic research, it is also motivated by potential applications, e.g., in novel photonic and microfluidic devices and in medicine.
The interdisciplinary approach of the Research Training Group is ideal for a broad and in-depth education that will enhance the students' chances in the job market in industry and for postdoctoral positions. We will therefore set up a study program and qualification concept that will support the students' interdisciplinary training. In particular, we will invite seminar speakers from applied research and industry who report on applications that are connected to the research program of the RTG. Success in the students' studies will be actively monitored by the concerted action of two to three supervisors of their Ph.D. theses.


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

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