Konferenz

SFB nimmt an der IWM 12 in Orleans teil

Der 12. internationale Workshop über Mikroplasmen im Jahr 2024 fand vom 3. bis 7. Juni in Orleans, Frankreich, statt. Ein eingeladener Vortrag, fünf Beiträge und zwei Poster wurden von Wissenschaftlern der Ruhr-Universität Bochum präsentiert. Tagungsort war das Museum Des Beaux-Arts mit einer schönen Lage und Umgebung im Zentrum von Orleans. Der Workshop behandelte ein breites Spektrum an Themen zu Mikroplasmaquellen und deren Erzeugung in der Gas- oder Flüssigphase, wobei das Verhalten an den Grenzflächen sowie die Diagnostik von Mikroplasmaquellen und deren Anwendung in der Materialverarbeitung, Plasmamedizin, Landwirtschaft usw. behandelt wurden. Die Sektion Modellierung befasst sich mit der numerischen Simulation der Streamerdynamik mit dem globalen kinetischen 0D-Modell. Sehr aufschlussreiche Vorträge und Diskussionen, die letztendlich zu einem Gesamtüberblick über die grundlegenden Aspekte von Mikroplasmen und deren Anwendung führten.

Neues Projekt B15

Ein neues Projekt B15 von Bastian Mei zur plasmainduzierten Photokatalyse wurde bewilligt

Die DFG hat soeben ein neues Projekt von Prof. Bastian Mei vom Fachbereich Chemie der RUB bewilligt. Die plasmagestützte Modifikation ist ein neuer Weg, um die Oberflächen- und Volumeneigenschaften von halbleitenden Oxiden zu modifizieren und damit ihre katalytischen Eigenschaften in lichtgetriebenen Prozessen zu verändern. Dazu gehören Reaktionen von hoher Relevanz wie die photo(thermische) Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) oder die photokatalytische Umwandlung von Kohlendioxid. Bei der plasmagestützten Verarbeitung geht es in erster Linie um die Behandlung (ferroelektrischer) nanopartikulärer Materialien mit Hilfe von Corona-Entladungen und um die Plasmabehandlung in der Flüssig- oder Gasphase, z. B. mit einer dielektrischen Barriereentladung (DBD), um die Bildung von Defekten in geringer Tiefe zu induzieren und gleichzeitig die strukturelle und chemische Integrität des vorsynthetisierten Materials zu erhalten. Somit bietet die Plasmabehandlung Vorteile gegenüber herkömmlichen Behandlungsstrategien von Metalloxiden, einschließlich der Dotierung mit Fremdelementen oder Hochtemperaturbehandlungen zur Modifizierung. Trotz der allgemein beobachteten positiven Auswirkungen von Plasmabehandlungen auf die (photo)katalytische Leistung gibt es nur wenige Forschungsarbeiten, die über systematische Untersuchungen von plasmainduzierten Oberflächenmodifizierungs- und Dotierungsprozessen berichten und dabei die Plasmaeigenschaften mit den (photo)katalytischen Eigenschaften der behandelten Materialien in Beziehung setzen. 

Insbesondere die Wechselwirkungen der verschiedenen Radikale und angeregten Spezies mit den Oberflächen von Metalloxid-(Photo)katalysatoren sind noch nicht ausreichend untersucht worden. Auf der Grundlage dieses Verständnisses konzentriert sich die Arbeit von B15(N) auf die systematische Untersuchung der plasmainduzierten Modifikation von vorsynthetisierten ferroelektrischen Nanopartikeln unter Verwendung gut charakterisierter Plasmaquellen, um Korrelationen zu entwickeln und so einen Zusammenhang zwischen Plasmabehandlungsbedingungen und (photo)katalytischer Aktivität herzustellen.

Dritter Workshop zum Forschungsdatenmanagement in den Plasmawissenschaften an der Universität Kiel

In den letzten Tagen fand an der Universität Kiel der dritte Workshop zum Forschungsdatenmanagement in den Plasmawissenschaften statt. Die Veranstaltung war eine Kooperation zwischen dem INP Greifswald, der Universität Kiel und der Universität Bochum. Der Workshop zog ein bunt gemischtes Publikum an: 19 Teilnehmer waren persönlich anwesend und etwa 30 nahmen online teil, um sich über die neuesten Fortschritte und Diskussionen auf diesem Gebiet zu informieren.

Der Workshop umfasste verschiedene Vorträge von Forschern, die einen reichen Austausch von Ideen und Wissen ermöglichten. Die Teilnehmer hatten die Möglichkeit, verschiedene Aspekte des Forschungsdatenmanagements zu erkunden.

Der diesjährige Workshop legte einen besonderen Schwerpunkt auf elektronische Laborbücher. In einer speziellen Hands-on-Sitzung konnten die Teilnehmer praktische Erfahrungen sammeln und erfahren, wie sich elektronische Labbücher nahtlos in die Simulationsforschung und die experimentelle Arbeit integrieren lassen. Dieser Ansatz verdeutlichte nicht nur die Vorteile digitaler Werkzeuge für die Verwaltung von Forschungsdaten, sondern förderte auch ein tieferes Verständnis für ihre Anwendung in realen Szenarien.

Debatte

Großsprachige Modelle für die Plasmaforschung - Fluch oder Segen?

Große Sprachmodelle (LLM) wie ChatGPT und andere können die Art und Weise, wie wir Forschung betreiben, verändern.  Diese Systeme dienen als Werkzeug für Literaturrecherchen, Datenanalysen und Programmieraufgaben. Aber was sind die Potentiale von LLMs und ihre Unzulänglichkeiten, insbesondere im Hinblick auf die sehr interdisziplinäre Plasmaforschung?

Das Aufkommen von großen Sprachmodellen (LLM) wie ChatGPT und anderen wird die Art und Weise, wie wir wissenschaftliche Erkenntnisse sammeln, verarbeiten und präsentieren, verändern. LLMs basieren auf der Sammlung von Informationen aus dem Internet und der Zusammenstellung von Antworten auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeit von Wortfolgen. Dabei werden die gebräuchlichsten Aussagen und Phrasen verstärkt, in der Hoffnung, dass diese gebräuchlichen Informationen richtig sind. Dies ist jedoch nicht unbedingt der Fall, und die Anreicherung falscher Aussagen kann eine gründliche Bewertung und Analyse eines Themas verzerren. Dies wird als die Halluzination von LLMs bezeichnet [1]. Die Leichtigkeit, mit der Informationen gesammelt und Antworten in einer sehr lesbaren Form erstellt werden können, ist ein Segen; die Verstärkung falscher Aussagen ist ein Fluch. Einige Verlage haben dies bereits in der Community diskutiert und gehen es an [1-5]. Doch welche Möglichkeiten bieten LLMs und wo liegen ihre Schwächen, insbesondere in Bezug auf Plasmareserven?

LLMs haben mehrere Vorteile.

(i) LLMs werden die Art und Weise, wie wir Informationen sammeln, verändern, weil KI Informationen verdichten und die relevantesten Informationen aus dem Internet sehr effizient herausfiltern wird, wobei sie nach ihrer Popularität beurteilt wird. Dies ist für viele genau definierte Aufgaben sehr hilfreich. Diese LLMs werden vermutlich den derzeitigen Suchmaschinenansatz zur Informationsbeschaffung ersetzen. Da die Plasmaforschung sehr interdisziplinär ist und die Informationen über viele Zeitschriften und Konferenzen verstreut sind, kann der Einsatz automatisierter Literatursuchen durch LLMs hilfreich sein.

(ii) LLMs können die Datenanalyse beschleunigen, indem sie Analysekonzepte für die Filterung und Anpassung von Daten mit den neuesten Algorithmen bereitstellen.

(iii) Einfache Programmieraufgaben können sehr schnell erledigt werden, ohne dass viele verschiedene Codeschnipsel aus dem Internet gesammelt werden müssen. In der Regel reichen ein oder zwei Versuche mit einem LLM aus, um zumindest eine Startversion eines Programms zu haben, wenn die Aufgabe nicht zu aufwendig ist.

(iv) LLMs können für die meisten wissenschaftlichen Themen zumindest einen Ausgangspunkt für weitere Forschung liefern. Dies unterscheidet sich nicht allzu sehr von der konventionellen Forschung auf der Grundlage von Bibliotheken, Zeitschriftenausgaben oder der einfachen Verwendung einer Suchmaschine. Die Nutzung von LLMs ist viel komfortabler.

(v) LLMs helfen beim Verfassen wissenschaftlicher Texte und produzieren gut lesbare Ergebnisse. Dies ist ihre Kernkompetenz.

Allerdings weisen LLMs auch Herausforderungen und Unzulänglichkeiten bei der Durchführung von Plasmastudien auf. Die Durchführung einer Literaturrecherche und das Sammeln von Informationen zu einem Thema im Internet durch den LLM führt nicht zu einer Anhäufung oder Wiederholung falscher Aussagen und Erkenntnisse. In einigen Fällen sind die von LLMs zur Untermauerung ihrer Argumente angeführten Referenzen falsch. Die Antworten eines LLM können auch von der Person abhängen, die die Frage stellt, was zu unterschiedlichen Ergebnissen für eine bestimmte wissenschaftliche Frage führt. Wenn man einen LLM bittet, sehr bekannte Tatsachen zu erklären, könnte er richtig sein, aber er könnte die Dinge auch zu sehr vereinfachen. In einigen Fällen sind die Erklärungen von LLMs schlichtweg falsch. Diese Halluzination von LLMs kann ein Hindernis sein, insbesondere in der Plasmaforschung, wo die Gemeinschaft interdisziplinär und im Vergleich zu anderen Bereichen etwas kleiner ist. Infolgedessen befassen sich in der Regel nur einige wenige Arbeiten mit einem bestimmten Prozess oder einer bestimmten Anwendung, so dass die Wissensbasis für ein bestimmtes Thema klein ist und die Aussagen, die diese LLMs produzieren, möglicherweise nicht robust sind. In diesem Sinne ist es nach wie vor die wichtigste Pflicht eines jeden Wissenschaftlers, mehrere Quellen wie Zeitschriftenartikel, Lehrbücher oder Diskussionen mit Kollegen heranzuziehen, bevor er eine Information bewertet. 

Im Mittelpunkt der Forschung stehen das Verständnis grundlegender Prinzipien und die Entwicklung neuer Erkenntnisse oder Hypothesen. Es ist unklar, ob LLMs hier helfen können. Wenn zum Beispiel zwei Plasmaquellen für eine bestimmte Aufgabe verglichen werden, kann das LLM verschiedene Kombinationen oder Betriebsparameter empfehlen. Ein tieferer Einblick in die Mechanismen könnte jedoch zu dem Schluss führen, dass ein ganz anderes Entladungskonzept besser geeignet wäre. Häufig werden Aussagen getroffen, dass eine Plasmamethode (wie DBD-Plasmen) besser ist als andere (z. B. Mikrowellen) oder dass „Plasma“ für eine bestimmte Anwendung nicht „funktioniert“. Die Komplexität der angesprochenen Systeme in der Plasmaforschung ist so groß, dass diese einfachen Antworten nutzlos sind, wenn sie nicht in den richtigen Kontext gestellt werden. Da die Plasmaforschung auch von Wissenschaftlern mit einer Ausbildung in anderen Bereichen (wie Chemieingenieurwesen, Festkörperphysik usw.) betrieben wird, werden diese allzu einfachen Aussagen möglicherweise nicht in Frage gestellt. 
Schließlich stellen LLMs eine Herausforderung für wissenschaftliche Zeitschriften dar. Wenn man einen LLM bittet, ein Ergebnis zu erklären oder eine Studie zu empfehlen, sammelt er zwangsläufig Informationen, die bereits anderswo veröffentlicht wurden. Wenn die Autoren diese wiederholen, wiederholen sie automatisch die Forschung anderer. Dies stellt eine Herausforderung dar, da LLMs es uns ermöglichen, schnell „schöne“ Arbeiten zu produzieren, die nur bekannte Informationen wiedergeben. Dies wird die Zahl der veröffentlichten Arbeiten in die Höhe treiben und die „echten“ Informationen in Zukunft verwässern.

Derzeit besteht die Tendenz, den Leser aus Gründen der Transparenz darüber zu informieren, dass KI bei der Erstellung eines Manuskripts oder bei der Interpretation eines Ergebnisses eingesetzt wurde (die Autoren tragen jedoch weiterhin die volle Verantwortung für die Arbeit [3]). Dies mag nicht schlüssig sein, da die Verwendung von Standardwerkzeugen zur Datenvisualisierung oder -analyse und von Rechtschreibsoftware bereits üblich ist, ohne dass darauf verwiesen werden muss. LLMs könnten nur ein weiteres Instrument auf dieser Liste sein, da eine Überprüfung durch den Wissenschaftler immer erforderlich sein wird.
Letztendlich wird es interessant sein zu sehen, wie die wissenschaftliche Gemeinschaft LLMs in den täglichen Arbeitsablauf integriert. Dieser Übergang ist im Gange, aber der Beitrag und die Anleitung kritischer Wissenschaftler wird immer notwendig sein. 

[1]   ChatGPT: A comprehensive review on background, applications, key challenges, bias, ethics, limitations and future scope, Partha Pratim Ray, Internet of Things and Cyber-Physical Systems, 3, 121-154, (2023)

[2]   ChatGPT: five priorities for research Eva A. M. van Dis, Johan Bollen, Robert van Rooij, Willem Zuidema & Claudi L. Bockting, Nature  614, 224 (2023)

[3]   ChatGPT is fun, but not an author, H. HOLDEN THORP Authors Info & Affiliations, SCIENCE 379, 313 (2023)

[4]   Exploring the potential of using ChatGPT in physics education, Yicong Liang, Di Zou, Haoran Xie & Fu Lee Wang, Smart Learning Environments 10, 52 (2023)

[5]   After enabling AI it is time for the plasma community to benefit from AI – Personal view in a short perspective article, E. Kessels, Atomic Limits Blog, PMP Group TU Eindhoven, 7.5.2023

Publikationen

Paper auf dem Cover von Plasma Processes und Polymers

Das Paper von Eloise Mestre, Inna Orel, Daniel Henze, Laura Chauvet, Sebastian Burhenn, Sebastien Dozias, Fabienne Brule-Morabito, Judith Golda und Claire Douat schaffte es auf das Covers der renomierten Zeitschrift Plasma Processes and Polymers. Diese umfasst das interdisziplinäre Gebiet der Niedertemperatur-Plasmawissenschaften. Herzlichen Glückwunsch an die Autoren!

Forschungsaufenthalt

Laboraufenthalt in den USA

Im Rahmen seines PhDs verbringt Doktorand David Steuer neun Wochen an der Sandia Plasma Research Facility (PRF) in Albuquerque, New Mexico USA.

Hier gibt es die Möglichkeit Projektideen einzureichen. Nach erfolgreichem Reviewprozess gibt es dann die Option eines der hervorragend ausgestatteten Labore zu nutzen oder das Experiment dem Kooperationspartner zu übergeben.

Darüber hinaus bietet die PRF Simulationskapazitäten an. In Davids Projekt sollen atomare Sauerstoffdichten innerhalb eines micro cavity plasma Arrays gemessen werden. Dazu kann ein State of the Art, Picosekunden Lasersystem der PRF genutzt werden.

Finanziert wurde der Aufenthalt durch die Research School der Ruhr-Universität Bochum (PRINT Programm), sowie durch den SFB 1316.

Wissenschaftlicher Austausch

Besuch von Prof. Renato Montagnolli

Prof. Renato Montagnolli, ein Forscher der São Paulo State University, bereicherte unseren Sonderforschungsbereich mit seinem Besuch vom 8. bis 19. März 2024. Der Besuch von Professor Montagnolli wurde durch ein Research School Travel Grant ermöglicht und vom SFB 1316 mitfinanziert. Der Schwerpunkt seiner Reise lag auf der Planung eines gemeinsamen Projekts zur Entwicklung "grüner" Wege der Proteinimmobilisierung für unsere plasmagestützte Biokatalyse.

Während seines Aufenthalts hatten wir die Gelegenheit, Professor Montagnolli unseren Biokatalyseaufbau zu präsentieren und den gesamten Prozess von der Proteinreinigung bis zur Proteinanwendung unter Plasma zu demonstrieren. Diese Interaktion ermöglichte es uns, gemeinsam wichtige Schritte für die effektive Umsetzung unseres Projekts zu planen und zu verfeinern.

Ein weiteres Ziel seines Besuchs war es, die Zusammenarbeit mit zukünftigen Wissenschaftlern zu fördern. Aus diesem Grund haben wir uns auch an Bachelor-Studenten gewandt, um sie auf die Möglichkeiten innerhalb des SFB aufmerksam zu machen. Die SFB-Förderung bietet die Möglichkeit, dass eine Person für mehrere Monate nach Brasilien geht, um die verschiedenen Immobilisierungstechniken zu testen und sich über die gewonnenen Erkenntnisse auszutauschen.

Schülerinnenprojektwoche

Ereignisreiche Schülerinnenprojektwoche voller Physik und Forschung

Die diesjährige Schülerinnenprojektwoche fand vom 25. bis zum 28. März in der RUB statt.

Neben spannenden Workshops und Experimenten, besuchten die Schülerinnen eine Vorlesung von Dr. Niklas Fornefeld zum Thema "Wärmestrahlung 'Ist Licht Licht?' - Vom Sonnenbrand beim Trash-TV ", erlebten in Laborführungen aktuelle Forschung an der RUB und reisten im Zeiss Planetarium Bochum durch die Weiten des Weltalls. 

Zu den Highlights gehörten auch das gemeinsame Frühstücken, Mittagessen in der Mensa und die Erfahrung des Unilebens. Dies diente auch zum Austausch zwischen den Teilnehmerinnen und den Studenten.

Den Abschluss machten das hart umkämpfte Physik-Duell und die Ehrung der Sieger. Als Belohnung gab es dann für alle die verdiente Pizza!