Helmholtz-Preis für Konstanzer Physiker
Das Forschungsteam von Peter Baum (Universität Konstanz) wurde für die Entwicklung einer innovativen Attosekunden-Mikroskopietechnik mit dem Helmholtz-Preis für Grundlagenforschung ausgezeichnet – feierliche Verleihung am 28. August 2024 in Hamburg.
Welche bahnbrechenden Erfolge sich mit Licht und Elektronen erzielen lassen, belegen die beiden diesjährigen Helmholtz-Preise, die für Präzisionsmessungen in der Grundlagenforschung und in der angewandten Messtechnik verliehen werden. Mit einer neu entwickelten Mikroskopietechnik ist es der Physikgruppe um Peter Baum von der Universität Konstanz gelungen, die extrem schnellen Bewegungen von Atomen und Elektronen wie in einem Film abzulichten. Für diese Entwicklung erhalten die beteiligten Forscher den Helmholtz-Preis im Bereich Grundlagenforschung. Für die angewandte Messtechnik geht der Preis an ein interdisziplinäres Physik/Medizin-Team der Universität Hannover (um Prof. Dr. Bernhard Roth) und der Universitätsmedizin Rostock (um Prof. Dr. Steffen Emmert). Vergeben werden die beiden Preise, die mit jeweils 20.000 Euro dotiert sind, am 28. August 2024 in Hamburg im Rahmen des XXIV. IMEKO-Weltkongresses, auf dem die aktuellen Entwicklungen „in der Welt des Messens“ vorgestellt und diskutiert werden.
Film läuft: Attosekunden-Elektronenmikroskopie
Unsere heutigen technologischen Ambitionen reichen tief in die Mikrowelt hinab – so bei der Entwicklung neuartiger Materialien, die spezielle optische Eigenschaften aufweisen sollen, bei der Konstruktion neuartiger Schaltmethoden für eine ultraschnelle Elektronik in der Informationsverarbeitung oder bei der Manipulation von Elektronen in der Quantenkryptografie und bei Quantencomputern. All diesen Anwendungsfeldern ist gemeinsam, dass sie sich in einer Mikrowelt bewegen, in denen die Prozesse in unvorstellbar kleinen Zeiträumen ablaufen. Typische Zeitskalen liegen hier in der Größenordnung von Attosekunden (10-18 s).
Der Physikgruppe um Peter Baum ist jetzt ein neuartiger Zugang in diese „Mikrowelt der schnellen Prozesse“ gelungen, indem sie in einem Elektronenmikroskop zugleich Laserlicht einkoppeln, wodurch eine Sequenz von ultrakurzen Elektronenpulsen entsteht. Auf diese Weise gelingt es ihnen, die atomare Raumauflösung eines Elektronenstrahls mit dem Attosekunden-Timing einer Laserwelle zu kombinieren. Im Endeffekt ist es damit möglich, die fundamentale Dynamik in komplexen Strukturen der Mikrowelt direkt als „Film in Raum und Zeit“ zu beobachten.
Anwendungsbereiche
Diese Attosekunden-Elektronenmikroskopie dringt in ganz neue Messbereiche vor und ist dabei zugleich so flexibel, dass mit ihr die verschiedenartigsten Proben untersucht werden können. Messungen sind daher nicht auf akademische Materialien beschränkt, sondern nahezu alle interessanten natürlichen oder technischen Materialien können damit untersucht werden. Unternehmen aus Japan und den USA haben bereits erstes Interesse an einer möglichen kommerziellen Nutzung bekundet. Zwei erste Patente sind erteilt.
„Im Namen unseres Teams danke ich dem Helmholtz-Fonds sehr herzlich für diese besondere Auszeichnung. Die Förderung ermöglicht es uns, weiterhin mit Licht und Elektronen und Atomen zu experimentieren, um immer mehr über die Wechselwirkungen zwischen diesen beiden wichtigen Elementarteilchen zu lernen“, bedankt sich Peter Baum.
Weitere Informationen zum Verfahren in der Originalpublikation
Der Preis
Der Helmholtz-Preis wird alle zwei Jahre für hervorragende wissenschaftliche und technologische Forschung auf dem Gebiet der Präzisionsmessungen in Physik, Chemie und Medizin verliehen. In jeder der beiden Kategorien „Grundlagen“ und „Anwendungen“ ist er mit 20.000 Euro dotiert. Der Helmholtz-Fonds e. V. ist ein gemeinnütziger Verein, der sich der Förderung des wissenschaftlichen Fortschritts der Messtechnik verschrieben hat.
Zur Pressemitteilung zu den Helmholtz-Preisen 2024
Die PreisträgerInnen:
Helmholtz-Preis 2024: Präzisionsmessungen in der Grundlagenforschung
- David Nabben, Joel Kuttruff, Levin Stolz, Andrey Ryabov, Prof. Dr. Peter Baum
(Fachbereich Physik, Universität Konstanz) - Nabben, D., Kuttruff, J., Stolz, L. et al. Attosecond electron microscopy of sub-cycle optical dynamics. Nature 619, 63–67 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06074-9
Helmholtz-Preis 2024: Präzisionsmessungen in der angewandten Messtechnik
- Prof. Dr. Bernhard Roth, Anatoly Fedorov Kukk, Felix Scheling, Di Wu
(Leibniz Universität Hannover, Hannoversches Zentrum für Optische Technologien )
Prof. Dr. med. Steffen Emmert, Prof. Dr. med. Rüdiger Panzer
(Universitätsmedizin Rostock, Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Venerologie) - Fedorov Kukk, F. Scheling, R. Panzer, S. Emmert, and B. Roth, “Combined ultrasound and photoacoustic C-mode imaging system for skin cancer assessment”, Nature Scientific Reports (2023) 13:17947.
https://doi.org/10.1038/s41598-023-44919-5
