Chaos and Systems Research:
Annual Report 2006 ... Jahresbericht 2006

Magnetic cellular automata and the formation of glassy and magnetic structures from a chain of magnetic particles

The field lines of magnetic flux density calculated at six values of the magnetic field strength H. At H=0 the magnetic flux density is at its highest level deep inside the particles, illustrated by ellipses. As we step out from the core of the particles this high flux density begins to scale down until we reach the flux density in the surroundings. As the magnetic field strength is ramped upwards these values remain fairly consistent, up to much higher field levels, except that we see an aligning of the flux density with the field strengths direction. As the field continues to elevate, the second and fourth particles, originally magnetized against the field, experience a slight drop in their flux densities, whereas their neighbors begin to compensate by taking higher ones. In the final diagram, the outer particles and the central one find their highest magnetic flux densities while the others have their lowest. Finally, the system has undergone a complete ferromagnetic polarization.

D. M. Forrester K. E. Kürten and F. V. Kusmartsev, Phys. Rev. B75, 014416 (2007).

Staff

Scientific Staff: Ao.Prof. Dr. Karl W. Kratky

Guest Scientists: Univ. Doz. Dr. Karl E. Kürten (Loughborough University, UK)

Project Coworkers: Mag. Dr. Hans Günter Löw, Andreas Schamanek, Dipl. Phys. Dr. Axel Schäfer

Diploma students: David Diepold, Matthias Fukac

PhD Students: Mag. Werner Gruber, Mag. Peter F. Hüttner, Mag. Dr. Said Ibrahim, Mag. Ivan Luci

Research

K. W. Kratky

Chaos and Systems Research

The area 'Chaos and Systems Research' deals with complex dynamical systems and considers the following topics: nonlinearity and feedback, self-organization, chaos and noise, fractals and multifractals, iterated function systems, neural nets and cellular automata. These topics are treated in various ways: from a fundamental point of view, studying computer experimental results and interpreting experimental data.

Furthermore, the interdisciplinary aspects of complex dynamical systems are considered, connecting physics especially with biology, psychiatry/ medicine and ecology. In this context, biophysical theses have been studying the effect of light and sound on biological systems. For instance, the change of heart-rate variability of human beings was investigated, and the fractal dimension of mushroom mycelium was analyzed.

In addition to the research, several lectures are offered, e.g., 'Complex Dynamical Systems - from Physics to Medicine' and 'Brain Modelling - Physical Models of Memory'.

  • Complex dynamical systems: inter- and transdisciplinary aspects

With the help of chaos and systems research, bridges to other sciences can be built, in research as well as in teaching. Attention is focused on biology and medicine. Among other things, it is investigated how chaos control is used by organisms to regulate their body functions efficiently. Furthermore, several therapies in complementary medicine are interpreted from the view-point of chaos and systems research.

  • Neurophysics

The mental processes of the brain are described by physical methods. At the moment the problem of cognitive learning and stammering is in the focus of investigation.

  • The effect of light and sound on heart-rate variability (HRV)

a) Humans are being exposed to light of different spectral composition and of different and varying intensity. Data of biophysical parameters (e.g. ecg, emg, breath) are acquired and then analyzed by nonlinear time series and other methods. The heart-rate variability (HRV) is a major point.

b) In a further step, three kinds of sound were presented to humans: 'pink noise', 'water' (wellspring), and 'frogs' (croaking). Their influence on HRV was again investigated.

c) Calculating the breathing rate via HRV (utilizing the respiratory sinus arrhythmia) yields another interesting variable that makes new interpretations possible.

Refereed Projects

K. E. Kürten

  • Phase transitions, multistability and fractal structures in arrays of small magnetic particles (supported by the European Science Foundation ESF in the framework of the network program "Arrays of Quantum Dots and Josephson Junctions" and by the Department of Physics, Loughborough University)

Magnetism at small length scales is a rapidly growing area in material science as well as in condensed matter physics. Small magnetic particles and artificial thin-film structures separated by non-magnetic spacers are the basic structural elements for an enormous scope of technical applications in the area of data storage and magnetic sensors. In particular, modelling characteristics of the giant magnetoresistant (GMR) effect in anti-ferromagnetically coupled multilayers can predict the appropriate layer thickness and the magnetic material for a specific application. On the other hand, nanomagnets provide an experimental system for studying fundamental phenomena in nanomagnetism and statistical physics.

H. G. Löw

  • Biophysical investigation of energetic metabolic parameters of muscle tissue during electrostimulation: papillary- and skeletal muscles as examples (cooperation-project with the Institute for Toxicology, University of Vienna)

Based on the physical developments during the refereed project “Continuous fluorescence-optical detection of energetic metabolic parameters of cardiomyocytes during stress induction by electrostimulation”, (University of Vienna and Facultas Verlag), further developments are performed. Primary specific aim of this project is to investigate biophysical parameters in vital muscular biomolecules under presence of short pulsed magnetic fields. Modulating the chemical and environmental conditions of the buffer solutions as well as coil-conformations and current pulse shapes studies are focussed on influences of dynamic contraction–force-development as well as on autofluorescence, oxygen demand, calcium-fluorescence which represent ionic channel activities under pulsed magnetic stress induction. Force–frequency relations under presence of ionic channel blockers as well as under normoxic and hypoxic conditions are measured. Influences of spectral components of magnetic pulses on penetration depth and biomechanical transduction efficiency are studied using a novel type organ bath. This instrument allows combining fluorescence excitation, optical detection of muscle tissue as well as simultaneous measurement of muscle-tension. All data are recorded and timestamped within a datastream using LABVIEW- Software packages and a novel developed software protocol which allows minimizing stochastic signal deviations during acquisition. This application oriented project allows specifying the electrodynamic field-parameters influencing muscle contraction and characterizes a novel kind of muscle-stimulation from biophysical and biomedical point of view.

H. G. Löw

  • Fluorescence diagnosis, mini-FACS on chip research and development of miniaturized fluorescence diagnostic components using single cellular and single molecular spectroscopy methods (cooperation-project with the Ludwig Boltzmann Institute for Andrology and Urology, KH Lainz, Vienna, and with the Max F. Perutz Laboratories, Campus Vienna Biocenter)

Based on the results of the refereed project 9675 (Austrian National Bank, see above), time-correlated methods for detection of molecular binding properties between biomolecules are applied to develop and construct a miniaturized fluorescence detection device for small liquid samples in context to establish binding assays for medical diagnosis. The aim of this project is focussed to construct an “easy to use + low-cost” fluorescence device for diagnostic physicians, which allows performing pre-screening-tests on patients blood and liquid samples. Incubation the novel developed tumor-targetting substance Photovidon (Hypericin-PVP-Complex derivative) urinary samples of potential bladder-wall cancer patients are investigated using a “mini-FACS” device as well as an ordinary standard fluorescence cell-sorter (FACS). The correlations between both methods are compared and related to the clinical data supplied by the hospital. The novel device is a contribution to early cancer diagnosis methods in biomedicine and may enhance diagnostic performance at low cost levels.

I. Lucic

  • Biotechnology: Microarrays data research project & National Center for Biotechnology Information (NCBI) databank investigation (project No. 1.U9.00004.1.0 of the ARC Seibersdorf Research GmbH).

Biotechnologie, insbesondere ihr gentechnisch entwickelter Forschungszweig, ist ein Fachbereich der Naturwissenschaften, der sich in den letzten Jahren am stärksten und schnellsten entwickelt. Neue, kommerziell verwertbare Produkte werden täglich auf dem Markt placiert. Die Biotechnologie-Abteilung des Forschungszentrums Seibersdorf hat im Sinne der Akquisition von Fremdfinanzierung und im Rahmen eines EU-Programms den Auftrag bekommen, Microarrays verschiedener pflanzlicher Organismen (für relativ kurze Oligonukleotid-Sequenzen, die z.B. als Tags verwendet werden können) zu entwickeln und ihre Produktion bzw. Entwicklung in mehreren Forschungsstätten europaweit zu koordinieren. Dafür war es unerlässlich, die schon vorhandenen DNA-Microarrays, die bestimmte Kriterien erfüllen, weltweit zu sammeln und nach marktüblichen Kriterien zu sortieren. Dafür war es notwendig, eine Literatursuche und das Beibringen von Reprints zum Thema Microarray Technology and Improvement zu machen. Zu diesem Zweck wurde eine java-orientierte Datenbank der vorhandenen Tags erstellt.

Cooperations

a. International Cooperations

K. W. Kratky

VARIOUS COUNTRIES

  • Eurasia-Pacific Uninet (Network Office: Salzburg, B. Winklehner)

CANADA

  • International Institute for Advanced Studies in Systems Research and Cybernetics, Windsor, Ontario, Canada (G.E.Lasker)

K. E. Kürten

FRANCE

  • Institut Girard Desargues, Université Claude Bernard Lyon-I, France (C.Krattenthaler)

GERMANY

  • Institut für Theoretische Physik, Universität Köln, Germany (L.Ristig)

UK

  • School of Mathematical and Physical Sciences, Loughborough University, Loughborough, England (F.V.Kusmartsev)

USA

  • Department of Physics; Washington University, St. Louis, USA (J.W.Clark)

H. G. Löw

GERMANY

  • LMU-Klinikum München, Laserforschungslaboratorium Großhadern, Germany (C.Betz, R.Baumgartner et.al.)

RUSSIA

  • Rostov state university, Biophysics department, Rostov-on-Don (A.Uzdensky)

NORWAY

  • Institute for Cancer Research, Montebello, Oslo (J.Moan)

USA

  • Wellman Laboratories for Photomedicine, Harvard medical school (M.Hamblin et. al.)

I. Lucic:

ISRAEL

  • Bar Ilan University, department of physics, Ramat-Gan (A.Vishne, S.Havlin)

JAPAN

  • Tokai University, school of high-technology for human welfare, Numazu, Shizuoka (S.Matsura).

b. National Cooperations

W. Gruber

  • Wiener Volkshochschulen, program 'University meets public'
  • Naturhistorische Museum Wien

K. W. Kratky

  • Atominstitut der Österreichischen Universitäten, Wien (H.Klima)
  • Interuniversitäres Kolleg für Gesundheit und Entwicklung, Graz / Schloss Seggau (P.C.Endler)
  • Universitätsklinik für Neuropsychiatrie des Kindes- und Jugendalters der Universität Wien (K.Toifl).

H. G. Löw

  • Institut für Biomolekulare Strukturchemie der Universität Wien (G.Grabner, G.Köhler, M.Edetsberger)
  • Institut für Theoretische Chemie der Universität Wien (E.Gaubitzer)
  • Institut für Physiologie der Medizinischen Universität Wien (D.Schmid, Ch.Plass, P.G.Spieckermann)
  • Institut für Medizinische Chemie der Medizinischen Universität Wien (P.Chiba, H.Goldenberg)
  • Geriatriezentrum Am Wienerwald, Lainz (H.Löw-Weiser, R.Werni)
  • Department für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Wien (Ch.Studenik)
  • Ludwig Boltzmann Institut für Andrologie and Urologie, KH Lainz (H.Pflüger)

I. Lucic

  • ARC Seibersdorf Research GmbH; Health Technologies (G. Haberhauer)
  • Technische Universität Wien: Atominstitut der Österreichischen Universitäten (H. Klima)

A. Schäfer

  • Fa. ProQuant Systeme, Graz (F.Senekowitsch, F.Tschinder)

Publications

a. PUBLICATIONS

  • K. W. Kratky, Rhythmen, Übergänge und Lebensspirale (Teil 1). CO'MED 2/2006; 138-140.

Das Leben ist durch physiologische Rhythmen und durch mehr oder weniger markante Übergänge gekennzeichnet. Beide lassen sich auf der Gesundheitsscheibe, einer vom Vortragenden entwickelten grafischen Darstellung, gut zeigen. Der Lebensweg als Ganzes wird auf dieser Scheibe durch die Lebensspirale dargestellt. Die Bedeutung dieser Spirale für Gesundheit und Krankheit wird erläutert und speziell auch auf Geburt und Tod eingegangen.

  • K. W. Kratky, Rhythmen, Übergänge und Lebensspirale (Teil 2). CO'MED 3/2006; 118-121.

Aus den im ersten Teil des Artikels vorgestellten Überlegungen ergibt sich für den folgenden zweiten Teil, dass man Prozesse des Erkrankens und Gesundens sowie der Wirkung von Therapien als Bewegungen auf der Gesundheitsscheibe darstellen kann.

  • A. Schäfer and K. W. Kratky, The Effect of Colored Illumination on Heart Rate Variability. Forschende Komplementärmedizin (Research in Complementary Medicine) 13 (2006) 167-173.

Background. We investigated the effect of an illumination with colored fluorescent light on heart rate variability (HRV) and autonomic regulation. Previous examinations have only focused on full-spectrum fluorescent bright light as it is used for the therapy of seasonal affective disorder and disturbances of circadian rhythms.

Methods. In three experiments, twelve healthy volunteers have been exposed to red, green and blue fluorescent light of 700lux for 10min, respectively. These illumination periods were followed and preceded by 15min of darkness. HRV series have been recorded within the last minutes of each illumination and darkness period. HRV analysis encompassed time-domain variables, frequency-domain variables and detrended fluctuation analysis (DFA).

Results. DFA yielded a highly significant increase of the self-similarity parameter αDFA under red and green illumination, while blue light was accompanied by a decrease. A spectral analysis revealed a parallel behavior of very low frequency (VLF) components in the range of 0.003–0.04Hz. Green light also seemed to induce a reduction of high frequency (HF) components.

Conclusions. The results show that colored light can influence HRV within minutes and that the effects of individual colors can be distinguished by HRV analysis.

b. ACCEPTED PUBLICATIONS

  • D. M. Forrester, K. E. Kürten and F. V. Kusmartsev, Magnetic Cellular Automata and the Formation of Glassy and Magnetic Structures from a Chain of Magnetic Particles. Phys. Rev. B75 (2007) 014416.

We show that magnetic materials made of chains of small magnetic particles display many unusual properties. This is associated mainly with a variety of stable different magnetic structures which can arise there. In particular, there arises a magnetic glass, which may be characterized by a whole set of hysteresis loops and by a large variety of Barkhausen jumps arising in the returned branches of the hysteresis loops. We consider in detail a simple example of such a system – a chain of magnetic nanoparticles. To describe such a single chain first we use numerical micromagnetic simulations. On the basis of these simulations, with the use of a perturbation theory, we derive an analytical model which is an anisotropic Heisenberg model. This is a Heisenberg model with an additional anisotropy term arising due to the shape of the particles. Such a term also arises naturally in some classical magnetic materials such as Mn2Ni chains. We describe all possible stable states of the system as well as transitions between the states induced by magnetic field. Each of these transitions is arising a la the spin flop transition. It may be displayed and detected in experiments as a Barkhausen jump in a hysteresis loop. The series of described spin flop transitions will lead to the formation of different types of returned branches in hysteresis loops. We present exact analytical and numerical results describing the energy spectrum and the magnetization of such systems. The results may be used in the design of nanomaterials as well as for magnetic random access memory and magnetic quantum cellular automata elements.

  • K. E. Kürten, Phase transitions and hysteresis in a system of two coupled magnetic nanoparticles. In: H.Akai, A.Hosaka, H.Toki, and F.B.Malik (eds.), Condensed Matter Theories. Vol.21. World Scientific Publishing, Singapore 2007.

We study dynamical and static properties of two interacting magnetic particles subjected to exchange interaction, anisotropy parameter, and an external magnetic field with an arbitrary angle with respect to the easy axis. The well-known Stoner Wohlfahrt model for a single magnetic particle is generalized to model the critical behavior of two anti-ferromagnetically coupled ferromagnets. We further present a complete theoretical study of magnetic phase diagrams as a function of the field for arbitrary strength of the anisotropy. We classify all possible magnetic hysteresis loops and show the dependence of the corresponding magnetic moments on the external field. These studies can give answers to the problem of finding adequate materials for practical applications such as sensor, storing or recording devices.

  • K. E. Kürten and C. Krattenthaler, Multistability and multi 2π-kinks in the Frenkel-Kontorova model: an application to arrays of Josephson junctions. In: G. Röpke, H. Reinholz, and P. Fulde (eds.), Condensed Matter Theories, Vol. 22. World Scientific Publishing, Singapore 2008.

A regular ring of Josephson junctions, connected in parallel, is studied analytically and numerically. We show that, depending on the strength of the r-well cosine potential, the energy landscape of the Hamiltonian can have of the order of rN/N stable minimal separated by large barriers specified by unstable saddle points. The counting problem for the degeneracy of the total energy is equivalent to a wellknown necklace problem in combinatorial mathematics. We also demonstrate that the distribution of the phase differences as well as the energy spectrum is fractal provided that the strength of the cosine potential is sufficiently strong.

  • K. W. Kratky: Lebensweg: Rhythmen, Übergänge und Lebensspirale. In: Internationale Kinesiologie Akademie (Hrsg.), Leben im Wandel der Zeit, Ereignisse der Lebensreferenzlinie und ihr Einfluss auf die Biografie. Internationale Kinesiologie Akademie, Frankfurt am Main 2007.

Das Leben ist durch physiologische Rhythmen und durch mehr oder weniger markante Übergänge gekennzeichnet. Beide lassen sich auf der Gesundheitsscheibe, einer vom Vortragenden entwickelten graphischen Darstellung, gut darstellen. Der Lebensweg als ganzes wird auf dieser Scheibe durch die Lebensspirale dargestellt. Die Bedeutung dieser Spirale für Gesundheit und Krankheit wird erläutert und speziell auch auf Geburt und Tod eingegangen.

c. SUBMITTED PUBLICATIONS

  • A. Kubin, H. G. Löw et.al.: Water-soluble hypericin. Int. Journal of Photochemistry and Photobiology
  • D. Schmid, D. Staudacher, C. Plass, H. G. Löw et.al: Mediated proportional limiting of mechanical power output in rat and guinea pig left ventricular papillary muscles prone to hypoxic core. Am. Journal of Physiology.
  • Ch. Plass, H. G. Löw, G. M. Wiesenthaler, et.al: Photorelaxation of human vascular smooth muscle: mechanisms and clinical implications. Int. Journal of Circulation Research.

d. CONFERENCE PROCEEDINGS

  • H. G. Löw, K. W. Kratky, G. Köhler, H.Horvath, H. Pflüger, I. Lichtscheidl and A. Kubin, Biophysical characterization of thermodynamic single molecular properties of PVP-Hypericin, a novel tumor-tissue targeting polymer complex. In: Österreichische Physikalische Gesellschaft (Hrsg.), 55. Jahrestagung der ÖPG, Graz 2006 (S.79).
  • H. G. Löw, G. Köhler, M. Hamblin, G. Schütz, K. W. Kratky, H. Horvath and H. Pflüger, PVP-Hypericin, a novel water soluble tumor-tissue targeting polymer complex, biophysical and cytological characterization of thermodynamic single molecular properties. 6thInternational Symposium on photodynamic diagnosis and therapy in clinical practice, Brixen, Italy 2006, textbook.
  • H. G. Löw, M. Hamblin, G. Grabner, G. Koehler, K. W. Kratky and H. Horvath, Photodynamic Perfluorocarbon-microemulsion as new models for increased microenvironmental singlet-oxygen release. 6thInternational Symposium on photodynamic diagnosis and therapy in clinical practice, Brixen, Italy 2006, textbook.
  • H. G. Löw, H. Loew-Weiser, R. Werni, R. Kolbabek and H. Horvath, Digital Blue Flash Fluorescence-diagnosis and treatment of cutaneous diseases using 5-ALA induced protoporphyrin-IX monitored by fibreoptic spectroscopy-probe methods in dermatology. 6th International Symposium on photodynamic diagnosis and therapy in clinical practice, Brixen, Italy 2006, textbook.
  • H. G. Löw, R. Javor, Ch. Plass, P. G. Spieckermann, D. Schmid, H. Horvath and K. W. Kratky, Modulated phototransductive systems, photo-biophysics of light induced influences on muscular tissue and on blood constitutes using papillary muscles and aortic ring models. 6thInternational Symposium on photodynamic diagnosis and therapy in clinical practice, Brixen, Italy 2006, textbook.

e. BOOKS

  • W. Gruber und C. Rupp, ganz klar: Physik 3 mit SBX. Jugend und Volk, Wien 2006.
  • W. Gruber und C. Rupp, ganz klar: Physik 3 – Lehrerbegleitheft. Jugend und Volk, Wien 2006.
  • W. Gruber und C. Rupp, ganz klar: Physik 4. Jugend und Volk, Wien 2006.
  • W. Gruber und C. Rupp, ganz klar: Physik 4 – Lehrerbegleitheft. Jugend und Volk, Wien 2006.
  • W. Gruber, N.Riahi und C. Rupp, Die Reise der kleinen Sonne. Bildungsverlag 1, Köln 2006.
  • W. Gruber, Unglaublich einfach. Einfach unglaublich. Ecowin, Salzburg 2006.
  • W. Gruber, Physik und Hollywood. Facultas, Wien 2006.
  • W. Gruber und C. Rupp, ganz klar Physik 4 mit SBX. Jugend und Volk, Wien 2007 (in Druck).
  • W. Gruber, Wie funktioniert das Gehirn: Einführung in die Neurowissenschaft und das Brain Modelling. Böhlau-UTB, Wien 2007 (in Druck).
  • W. Gruber und C. Rupp, Das kleine Experimentierhandbuch. Bildungsverlag 1, Köln 2007 (in Druck).

Lectures – Posters

a. LECTURES

K. W. Kratky

  • Menschenbild und Heilkunde: Vergleich und Integration von VerfahrenI & II (Interuniversitärer Fernstudiengang für komplementäre, psychosoziale und integrative Gesundheitsförderung, Schloß Seggau), 9.4.06 (Universität Dortmund, Universitätskolleg Bommerholz) & 1.7.06 (Schloß Seggau).
  • Komplementäre Medizinsysteme. Vergleich und Integration (MedSuccess am AKH, Wien), 20.5.2006.
  • Komplementäre Medizinsysteme – das sechste Element (Weiterbildung "Energetische Modelle und Methoden – Therapeutische Berührung", Zentrum – Lebensenergie, Wien), 6.10.06.
  • Weltbilder komplementärmedizinischer Richtungen (Vorlesung "Grundlagen und Praxis komplementärmedizinischer Methoden", Medizinische Universität Wien), 27.11.06.

K. E. Kürten

  • Generalization of Stoner Wohlfahrt Theory for Anti-Ferromagnets (Loughborough University, Department of Physics, Loughborough, England), 8.1.06.
  • Exotic structures in discrete Josephson Junctions (Loughborough University, Department of Physics, Loughborough, England), 29.10.06.

W. Gruber

  • Ein Blatt Papier und die Physik (Festival der Technik, Hannover), 27.5.06.
  • Wie spricht das Gehirn?, Wie unterhält man sich mit Außerirdischen?, Die Physik des Fliegens (Vorträge an der Kineruni Steyr), 27.-30.8.06.
  • Ganz klar: kulinarische Physik (Pädagogisches Institut Oberösterreich, Munderfing), 2.-3.10.06.
  • Eine wunderbare Reise durch die faszinierende Welt der Farben und Schatten (Landesmuseum St. Pölten), 4.10.06.
  • Physik von Star Trek (Pädagogisches Institut Burgenland, Eisenstadt), 7.11.06.
  • Freihandexperimente und Journalismus, gem. mit L. Bodingbauer (PÄDAK Wien), 14.11.06.
  • Physik und Chemie des Kochens (AG-Physik Graz), 20.11.06.
  • Science in Film "Mission to Mars", gem. mit Prof. Dr. H. Oberhummer und Martin Puntigam, Audimax der TU Wien), 24.11.06.
  • Braten - nicht Raten (Salzburger Nachrichten), 4.12.06.
  • Brain Modelling (Lehrerfortbildung, St. Pölten), 13.12.06.
  • Science in Film "Der physikalische Adventkalender", gem. mit Prof. Dr. H. Oberhummer und Martin Puntigam (Audimax der TU Wien), 15.12.06.

b. CONFERENCE CONTRIBUTIONS

K. W. Kratky

  • The Response of Pulse and Breath to Optic and Acoustic Stimuli (18th International Conference on Systems Research, Informatics & Cybernetics, Baden-Baden), 8.8.06.
  • From Significance to Meta-Significance (keynote address at the 18th International Conference on Systems Research, Informatics & Cybernetics, Baden-Baden), 10.8.06.
  • Western Medicine and Traditional Chinese Medicine: Cross-Cultural Considerations (invited lecture at the TCM Expert-Conference Vienna 2006 of the Eurasia-Pacific Uninet, Vienna), 20.11.06.

K. E. Kürten

  • Novel phenomena in nanoscale magnetic particles and Josephson junctions (invited lecture at the International Conference on Nanoscale Superconductivity and Magnetism NSM2006, Leuven/ Vaalbeek, The Netherlands), 7.7.06.

H. G. Löw

  • Biophysical characterization of thermodynamic single molecular properties of PVP-Hypericin, a novel tumor-tissue targeting polymer complex (56. Jahrestagung der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft ÖPG, Graz), 19.9.06.
  • PVP-Hypericin, a novel water soluble tumor-tissue targeting polymer complex, biophysical and cytological characterization of thermodynamic single molecular properties (6thInternational Symposium on photodynamic diagnosis and therapy in clinical practice. Brixen, Italy), 13.10.06.

W. Gruber

Allergien und die Zubereitung des Hühnereis (Alpenländischer Allergie Tag, Innsbruck), 29.-30.9.06.

c. POSTERS

  • K. E. Kürten, Stoner Wohlfahrt Theory: Magnetization reversal in magnetic multilayers and magnetic nanoparticles (invited poster at the International Conference on Nanoscale Superconductivity and Magnetism NSM2006, Leuven/ Vaalbeek, The Netherlands), July 6-8, 2006.
  • K. E. Kürten, Multistability and multi 2π-kinks in the frenkel-kontorova model: an application to arrays of Josephson junctions (invited poster at the International Workshop on Condensed Matter Theories, Dresden, Germany), June 05-10, 2006.
  • H. G. Löw, M. Hamblin, G. Grabner, G. Koehler, K. W. Kratky and H. Horvath, Photodynamic Perfluorocarbon-microemulsion as new models for increased microenvironmental singlet-oxygen release (6thInternational Symposium on photodynamic diagnosis and therapy in clinical practice. Brixen, Italy), October 10-14, 2006.
  • H. G. Löw, H. Loew-Weiser, R. Werni, R. Kolbabek and H. Horvath, Digital Blue Flash Fluorescence-diagnosis and treatment of cutaneous diseases using 5-ALA induced protoporphyrin-IX monitored by fibreoptic spectroscopy-probe methods in dermatology (6thInternational Symposium on photodynamic diagnosis and therapy in clinical practice. Brixen, Italy), October 10-14, 2006.
  • H. G. Löw, R. Javor, Ch. Plass, P. G. Spieckermann, D. Schmid, H.Horvath and K. W. Kratky, Modulated phototransductive systems, photo-biophysics of light induced influences on muscular tissue and on blood constitutes using papillary muscles and aortic ring models (6thInternational Symposium on photodynamic diagnosis and therapy in clinical practice. Brixen, Italy), October 10-14, 2006.
  • I. Lucic, G. Soja, H. Klima and K. W. Kratky, Reactions of mushroom mycelium of Psilocybe cubensis under the influence of acoustic and electromagnetic waves. (Symposion "Musikpsychologie in Österreich", Graz), July 7, 2006.

Teaching and Web-Based Didactics

W. Gruber

  • Vorlesung "Brain Modelling I + II, Physikalische Modelle für das Gedächtnis", steht auch online zur Verfügung: http://brain.exp.univie.ac.at

Im Rahmen dieser Lehrveranstaltung werden aktuelle Forschungsergebnisse aus den Bereichen der Neuroscience vorgestellt und ihre Relevanz diskutiert. Der Streifzug durch die Neuroscience beginnt bei der Beschreibung von Neuronen, technischen neuronalen Netzen und dem Vergleich zu biologischen Netzwerken. Nach der Vorstellung von einigen konkreten Modellen aus der Biologie (Beispiele: Erkennen von Objekten durch das visuelle System, Synchronisation im Gehirn, Steuerungen und Regelungen im Nervensystem) endet der Streifzug bei philosophischen Fragestellungen. Da in diesem Forschungsgebiet noch viele Fragen offen sind beziehungsweise noch gar nicht gestellt wurden, wird auch auf die Grenzen des aktuellen Wissens hingewiesen.

 

Diploma Theses– PhD Theses

a. CURRENT DIPLOMA THESES

SUPERVISOR: K. W. Kratky

  • M. Fukac: Simulation des menschlichen Sehsystems

b. COMPLETED DIPLOMA THESES

SUPERVISOR:K. W. Kratky

  • D. Diepold: Auswirkung von akustischen Reizen auf die Heart-Rate-Variability

Einleitung: Durch akustische Reize können physiologische Variablen verändert werden. Die Analyse der Heart-Rate-Variability (HRV) ermöglicht Aussagen über den Regulationszustand von vegetativem Nervensystem und Herz-Kreislaufsystem.

Experimente und Methoden: Diese Arbeit befasste sich mit dem Einfluss von drei akustischen Reizen (Pink Noise, Wasser und Frösche) mit einem Schalldruckpegel von 70 dB(A) auf HRV-Variablen. Die Experimente wurden an insgesamt 12 Versuchspersonen durchgeführt (je 6 Frauen und Männer im Alter zwischen 22 und 27 Jahren). Die Dauer der Beschallung mit den akustischen Reizen betrug jeweils 15 Minuten. Vor- und nachher gab es eine Ruhephase von 15 Minuten. In Beschallungs- und Ruhephase wurden jeweils zwei HRV-Messungen für die Dauer von 300 Herzschlägen durchgeführt. Das Ziel der Arbeit war es zu untersuchen, ob es zwischen Ruhe- und Beschallungsphase signifikante Unterschiede in den HRV-Variablen gibt. Ausgewertet wurden HRV-Variablen der Time- und Frequency-Domain, nichtlineare Variablen und Puls-Atem-Variablen.

Ergebnisse: Die Beschallung mit dem Reiz 'Frösche' bewirkte die deutlichsten Änderungen der HRV-Variablen. Signifikante Ergebnisse zeigten sich bei Time- und Frequency-Domain-Variablen, bei Atmungsfrequenz und Puls-Atem-Quotient sowie bei nichtlinearen Variablen. Für den Reiz 'Wasser' ergaben sich durch die Beschallung signifikante Änderungen in der Frequency-Domain und bei nichtlinearen Variablen. 'Pink Noise' bewirkte bei Variablen, welche mit der Pulsfrequenz in Zusammenhang stehen, signifikante Ergebnisse.

c. CURRENT PHD THESES

SUPERVISOR: K. W. Kratky

  • W. Gruber: Synchronisationszustände des Gehirns und die Bedeutung für die Informationsverarbeitung
  • P. F. Hüttner: Zeitreihenentwicklung von metabolischen Systemen: Analyse, Vorhersage, Steuerung
  • S.Ibrahim: Naturwissenschaftliche Grundlagen der medizinischen Systeme
  • I. Lucic: Der Einfluss unterschiedlicher Frequenzen auf biologische Systeme

Miscellaneous

K. W. Kratky

  • Member of the Scientific Board of the journals 'Systeme' and 'Research in Complementary and Classical Natural Medicine'.
  • Member of the Scientific Board of the Viennese International Academy of Complementary Medicine as well as the Institute of Ethno-music Therapy, Schloß Rosenau, Austria.
  • Fellow of the International Institute for Advanced Studies in Systems Research and Cybernetics, Windsor, Ontario, Canada.
  • Member of the Board of Governors of the Scientific Society 'Dynamics – Complexity – Human Systems'.
  • Lecturer at the Inter-University Master Course for Complementary, Psycho-social and Integrative Health Care, Graz, Austria.
  • Lecturer at the International Pilot Course for Oriental Music Therapy, Schloß Rosenau / Vienna.
  • Organizer and Chairman at the 18th International Conference on Systems Research, Informatics & Cybernetics, Baden-Baden, Germany) 8.8. & 10.8.06.
  • Chairman at the TCM Expert-Conference Vienna 2006 of the Eurasia-Pacific Uninet), 20.11.2006.

K. E. Kürten

  • Guest Scientist and Lecturer.

W. Gruber

  • General Editor at CISCI (Cinema and Science), an EU-Project for teaching physics.
  • Lehrender und Vortragender im Rahmen des Projektes „University meets public“ an verschiedenen Wiener Volkshochschulen.
  • Rechnungsprüfer der Biophysikalischen Gesellschaft Österreichs.

PRIZES AND AWARDS

K. W. Kratky

  • Outstanding Scholarly Contribution Award (International Institute for Advanced Studies in Systems Research and Cybernetics), August 10, 2006.

H. G. Löw

  • INiTS Award 2006: 4th prize.

 

PRESENCE IN THE MEDIA

K. W. Kratky

  • Print media and electronic journals
  • Forderung nach Wissenschaftlichkeit (Consilium, Mitteilungsblatt der ÄK für NÖ 4/2006, S.34&35)

W. Gruber

  • Print media and electronic journals
  • Physik im Alltag (Öffentliche Sicherheit), 1.1.06.
  • Was noch zu lesen wäre....(Neues Land), 5. 1.06.
  • Knusprige Zeiten (Profil, eatdrink), 18.1.06.
  • Physik im Sturm (Kurier), 19.1.06.
  • Papierflieger: Wie falte ich richtig? (Presse), 10.4.06.
  • Hitze: Warum Männer mehr leiden (Kurier), 22.7.06.
  • Der Popstar der Physiker (Standard), 6.9.06.
  • Wie sie Chaos vermeiden (Salzburger Nachrichten), 14.9.06.
  • Physik: Warum brennen Pfefferoni zwei Mal? (Kurier), 21.9.06.
  • Privatlesungen (Kurier), 25.9.06.
  • unglaublich einfach (tele), 26.9.06.
  • Physik - unser täglicher Begleiter (Tiroler Tageszeitung), 29.9.06.
  • Unglaublich einfach (SCIQ), 1.10.06.
  • Unglaublich !!! (EuroJournal), 1.10.06.
  • Alltagsphysik (Gusto), 1.10.06.
  • Werner Grubers Physik Show (Salzburger Fenster), 4.10.06.
  • Unglaublich (Heute), 9.10.06.
  • Einfach unglaublich - die gesalzene Grapefruit (Salzburger Nachrichten), 11.10.06.
  • Die Physik der Gans (Österreich),. 14.10.06.
  • Aufgeblättert (Falter), 20.10.06.
  • Privatlesungen: Physik (Kurier), 21.10.06.
  • Der König der Papierflieger (Kronenzeitung), 25.10.06.
  • Unglaublich einfach (Stadt Nachrichten), 27.10.06.
  • Warum wir Fleisch kochen (Salzburger Nachrichten), 28.10.06.
  • Männlich: Literatur für das Studium (Die Presse), 30.10.06.
  • Unglaublich einfach (mach mit), 1.11.06.
  • Unglaublich einfach (Flachgauer Nachrichten), 2.11.06.
  • Molekulargastronomie (Profil, eatdrink), 4.11.06.
  • Die Pfanne brennt (Salzburger Nachrichten), 4.11.06.
  • Wo die Physik auch anfangen kann (Oberösterreichs Neue), 7.11.06.
  • Die Physik der Gans (Österreich), 14.11.06.
  • Von Drei-Minuten-Eiern und der Angst des Tormannes beim Elfmeter (Neues Volksblatt), 18.11.06.
  • "Opferwurst" rettet den Geschmack (Tiroler Tageszeitung), 24.11.06.
  • Physik der amüsanten Art (Oberösterreichische Nachrichten), 25.11.06.
  • Ein Fest das keines war (Salzburger Nachrichten), 25.11.06.
  • Gleich gibt’s Keks (Salzburger Nachrichten), 25.11.06.
  • Liebesgeschichten und andere Bücher (Bezirksblatt Salzburg), 29.11.06.
  • Unglaublich einfach (Wiener Lehrerinnen), 1.10.06.
  • Kochshow (Salzburger Nachrichten), 1.10.06.
  • Molekularphysik (Salzburger Nachrichten), 2.10.06.
  • Physik (Salzburger Bauer), 7.10.06.
  • Bücher, die Gott und die Welt erklären - die besten Sachbücher 2006 (Österreich), 9.10.06.
  • Dieser Popey lügt (Salzburger Nachrichten), 11.10.06.
  • Physik mit Augenzwinkern (Welser Rundschau), 13.10.06.
  • Von der Thermodynamik des Kuschelns und noch mehr... (Wiener Zeitung), 13.10.06.
  • Kochphysik (Salzburger Nachrichten), 16.10.06.
  • Gans gelungen (Die Furche), 21.10.06.
  • Ein Teebeutel als Rakete (Salzburger Nachrichten), 27.10.06.
  • Schanzen-"Knoff-Hoff" (Die Presse), 28.10.06.
  • Radio and Television
  • Die Physik von Hollywood (Ö1, Radiokolleg), 4.1.06.
  • Die Physik des Frühstückens (RTL II, Welt der Wunder), 19.3.06.
  • Die Physik der Bücher – Bücherstapelweltrekord (ORF 1, Newton), 25.3.06.
  • Physik in Extremsituationen (Radio 1476, Physikalische Soiree), 4.9.06.
  • Die Physik von Star Trek (Ö1 Diagonal), 9.9.06.
  • Mahlzeit (Radio Burgenland), 14.9.06.
  • Physik im Alltag - unglaublich einfach (ORF2, Willkommen Österreich), 15.9.06.
  • Beitrag (Ö1, Wissen aktuell), 16.9.06.
  • Wie lange kocht man ein Drei-Minuten-Ei? (Radio OÖ, Servus Oberösterreich), 16.9.06.
  • Beitrag (Ö1, Wissen aktuell), 18.9.06.
  • Buchvorstellung (Ö1 Leporello), 20.9.06.
  • Beitrag (Ö1, Kontext), 22.9.06.
  • Ein einfach unglaubliche Leben (Radio Stephansdom, Lesezeichen), 22.9.06.
  • Unglaublich einfach (Radio Wien), 3.10.06.
  • Physik im Alltag (Radio Wien), 4.10.06.
  • Es geht ab in die Luft (ORF1, Close up), 14.10.06.
  • Physik von energetisiertem Wasser - Unfug oder Realität (ORF2, Willkommen Österreich), 20.10.06.
  • Auftritt (ZDF, Johannes B. Kerner Show), 24.10.06.
  • Unglaublich Einfach. Einfach unglaublich. (Ö1, Kontext), 27.10.06.
  • Wie kommuniziert man mit Außerirdischen? (Ö1 Online), 28.10.06.
  • Unglaublich einfache Physik (Radio Arabella), 31.10.06.
  • Der naturwissenschaftliche Adventkalender (Radio OÖ), 1-24.12.06.
  • Was ist Licht? (Ö1, Diagonal), 9.12.06.
  • Physik in Hollywood (Ö1, Kontext), 15.12.06.
  • Die Bruchmechanik der Vanillekipferl (ORF 2, Schöner Leben), 17.12.06.
  • Die physikalisch perfekte Weihnachtsgans (ORF 2, Willkommen Österreich), 22.12.06.
  • Die Physik zu Zeiten Mozarts (Ö1, Radiokolleg), 28.12.06.
  • Die Physik der Zeitreisen (SWR2), 31.12.06.

 

University Courses 2005/2006

K. W. Kratky

  • WS: Komplementärmedizin: naturwissenschaftliche, psychologische und ethnologische Zugänge SE, 2std.
  • SS: Gemeinsamkeiten komplementärmedizinischer Methoden – aus naturwissenschaftlicher und interkultureller Sicht VO, 2std.

K. E. Kürten

  • WS: Einführung in die Theorie vernetzter Systeme I VO, 2std.
  • WS: Neuere Entwicklungen in der Theorie vernetzter Systeme UE, 2std.
  • SS: Einführung in die Theorie vernetzter Systeme II VO, 2std.
  • SS: Spezielle Anwendungen in der Theorie vernetzter Systeme II SE, 2std.

W. Gruber

  • WS: Biophysikalisches Praktikum (mit H. Horvath u.a.) PR, 6std.
  • WS: Brain Modelling I - physikalische Modelle für das Gedächtnis VO+UE, 3std.
  • WS: Komplexe dynamische Systeme mit Computerübungen I VO+UE, 1std.
  • WS: Wie erkläre ich es meinen SchülerInnen? VO, 2std.
  • SS: Brain Modelling II - physikalische Modelle für das Gedächtnis VO, 3std.
  • SS: Komplexe dynamische Systeme – Computerübungen II UE, 2st.
  • SS: Praktikum für Schulversuche II (mit H. Kabelka u.a.) PR, 8st.

H. G. Löw

  • WS: Biophysikalisches Praktikum (mit H. Horvath u.a.) PR, 6std.

 

 

Last modification: Juli 5, 2007