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Riesenchance für kleinste Strukturen. Bundesmittel für Grundlagenforschung am Laserinstitut

Riesenchance für kleinste Strukturen. Bundesmittel für Grundlagenforschung am Laserinstitut

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Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert damit ein weiteres Projekt an der Hochschule Mittweida.

Das Foto zeigt zwei männliche Personen mittleren Alters auf einem Sofa vor einer großen Fensterfläche: Prof. Steffen Weißmantel und Prof. Alexander Horn. Beider Blick ist dem Betrachtenden zugewandt.
Laserkompetenz kombiniert: Prof. Dr. rer. nat. Steffen Weißmantel (links) und Prof. Dr. rer. nat. habil. Alexander Horn leiten die DFG-geförderte Grundlagenforschung im Projekt MULTIPULS.

In den Genuss einer Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft kommen überwiegend nur Projekte, die an oder im Umfeld von Universitäten angesiedelt sind. Das Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) hat es aber dank seiner herausragenden Forschungsergebnisse und seines guten Rufes geschafft, ein weiteres DFG-Projekt für die Hochschule Mittweida einzuwerben und dieses auch als Einzelprojekt ohne die Beteiligung einer Universität durchzuführen: „Wechselwirkung schneller Pulsfolgen ultrakurz gepulster Laserstrahlung im GHz- bis MHz-Bereich mit Metallen – MULTIPULS“. Eine weitere Besonderheit: Es gibt damit erstmalig an der Hochschule Mittweida eine Professur, die an zwei gleichzeitig laufenden DFG-Projekten beteiligt ist.

Das von den Professoren Alexander Horn und Steffen Weißmantel eingeworbene Projekt will die Wechselwirkung von Metallen mit ultraschnell aufeinanderfolgenden Laserpulsen erstmals grundlegend untersuchen. Die zu gewinnenden Erkenntnisse sind essentiell für eine spätere Anwendung beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau und der Medizintechnik.

Laserpulse – ultrakurz und ultrastark

Schon heute wird der Laser eingesetzt, um Mikrostrukturen in Werkstücken zu erzeugen. Neu an der in Mittweida eingesetzten und zu erforschenden Technologie ist die gesteigerte Produktivität und Qualität der Strukturoberflächen. Dabei wird der sogenannte Burst-Modus verwendet, bei dem ein hochenergetischer ultrakurzer Einzelpuls in eine Vielzahl hochfrequenter Sub-Pulse, eine sogenannte Puls-Gruppe bzw. Burst, aufgeteilt wird. Schon bei Frequenzen im MHz-Bereich, das heißt Puls-zu-Puls-Abständen von wenigen Nanosekunden – also im Bereich einer Milliardstel Sekunde – bündelt der Burst-Modus die entstehende Wärme so stark, dass der Materialabtrag deutlich erhöht wird. Durch Steigerung der Puls-Wiederholraten in den GHz-Bereich, das heißt mit Puls-zu-Puls-Abständen im Pikosekunden-Bereich (eine Billionstel Sekunde) können 3D-Mikrostrukturen effizient geglättet bis poliert werden.

„So ermöglicht die Weiterentwicklung dieser Technologie eine deutlich geringere Rauheit bzw. eine Funktionalisierung von Mikrostrukturen bei einer gleichzeitig hohen Auslastung der zur Verfügung stehenden Laserleistung in der Materialbearbeitung – so könnten bestehende Applikationen wesentlich ressourcen- und materialschonender und neuartige Einsatzbereiche entdeckt werden“, erklärt Steffen Weißmantel, Professor für Physikalische Technologien.

Von der Förderung profitiert direkt der wissenschaftliche Nachwuchs an der HSMW. Möglich werden in den kommenden drei Jahren zwei kooperative Promotionsverfahren. „Ziel ist, die in Experimenten erbrachten Ergebnisse mit physikalischen Modellen abzugleichen und so die Vorgänge bei der Lasermikrostrukturierung genauer zu beschreiben“, erläutert Alexander Horn, Professor für Lasermikrotechnologien an der Hochschule Mittweida, die Aufgabe der Promovenden.

Jahrelange Forschung verknüpft

Zum Erfolg von MULTIPULS bei der Einwerbung der Bundesförderung zählte die Verknüpfung der jahrelangen Forschungsarbeit beider Forschungsgruppenleiter am LHM: Weißmantels Gruppe widmet sich unter anderem der grundlegenden und anwendungsorientierten Forschung im Bereich der Lasermaterialbearbeitung unter Einsatz des Burst-Modus, Horns Gruppe konzentriert sich auf die Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Materie.

Dem Laserinstitut Hochschule Mittweida ist mit MULTIPULS der dritte Erfolg bei der DFG innerhalb der vergangenen zehn Jahre gelungen: Im Jahr 2015 startete das DFG-Projekt „Entwicklung monolithisch integrierter 3D-TMR-Sensoren der nächsten Generation durch Ausnutzung einer vertikalen magnetischen Grenzflächenanisotropie“  und im Jahr 2019 das Thema „Kristallisationsmechanismen von CoFeB-basierten TMR-Schichtstapeln bei Laser-Annealing“. Allein in den vergangenen drei Jahren wurden in mehreren hochrangigen wissenschaftlichen Journalen die Ergebnisse teils mit Auszeichnungen publiziert sowie zwei Patente erteilt.

Laserforschung und Laserstudium in Mittweida

Die am LHM angesiedelte Laserforschung an der Hochschule Mittweida hat eine mehr als vierzigjährige Geschichte und genießt internationales Renommee. Sie verfügt für sieben Professoren und mehr als 50 Mitarbeitende über optimale Bedingungen für Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung in einem 2016 eröffneten Forschungsneubau. Auch dort hatte sich – erstmals an einer Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Deutschland – der Bund an der Finanzierung beteiligt. Das LHM bietet auch dem wissenschaftlichen Nachwuchs aus den Bachelor- und Masterstudiengängen Lasertechnik/Physikalische Technik der Hochschule Mittweida sehr gute Einstiegsmöglichkeiten in die Forschung.

Detaillierte Informationen zum DFG-Projekt MULTIPULS.