Ausgezeichnet: In Dissertation Terahertz-Mikroskop weiterentwickelt Heinrich-Büssing-Preisträger Dr. Benedikt Hampel im Interview

Sollen immer höhere Datenmengen immer schneller drahtlos übertragen werden, sind neue Trägerfrequenzen wie der Terahertz-Bereich nötig. Das Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik an der TU Braunschweig hat deshalb ein weltweit einzigartiges Terahertz-Mikroskop entwickelt, mit dem elektromagnetische Felder dieses Bereiches vermessen werden können. Dr. Benedikt Hampel schaffte es, das Mikroskop entscheidend weiterzuentwickeln und seinen Einsatzbereich deutlich zu erweitern. Dafür erhält er den Heinrich-Büssing-Preis 2020.

Dr. Benedikt Hampel, Büssing-Preisträger 2020. Bildnachweis: Tanja Coenen/TU Braunschweig

Wie würden Sie das Forschungsthema einem Laien erklären?

In meiner Dissertation „THz Microscopy of Additive Manufactured Microstructures“ geht es hauptsächlich um ein sogenanntes Terahertz-Mikroskop. Mit einem solchen Gerät können hochfrequente elektromagnetische Strahlungsverteilungen gemessen und anschließend auch dreidimensional dargestellt werden.

Im Rahmen der Dissertation wurde das am Institut entwickelte Terahertz-Mikroskop weiterentwickelt und optimiert, sodass Messungen an 3D-gedruckten Strukturen durchgeführt werden konnten. Der 3D-Druck von optischen Komponenten ist aufgrund der relativ langen Wellenlängen der Terahertz-Strahlung möglich. Hierbei wurden in der Arbeit Gitterstrukturen entwickelt, gefertigt und die vorher simulierten Beugungsmuster durch die Bestrahlung mit einem Ferninfrarot-Laser anschließend mit dem Terahertz-Mikroskop gemessen und visualisiert.

Was ist aus Ihrer Sicht das Besondere Ihrer Ergebnisse?

Die beiden Terahertz-Mikroskope an der TU Braunschweig sind weltweit einzigartige Geräte. Mit ihnen lassen sich viele Messungen durchführen, die ansonsten nicht möglich wären. Der Josephson-Cantilever ist ein extrem empfindlicher Sensor, der durch den Aufbau im Terahertz-Mikroskop bis auf wenige Mikrometer an unterschiedlichste Untersuchungsobjekte gebracht werden kann und dann sehr hochauflösende Bilder produziert. Obwohl der Sensor auf tiefe Temperaturen gekühlt werden muss, können die zu untersuchenden Objekte auf Raumtemperatur bleiben oder alternativ auch gekühlt werden. Durch diesen einzigartigen Aufbau lassen sich zukünftig etliche physikalische Effekte untersuchen, die beispielsweise bei der Entwicklung der Computerchips von morgen eine große Rolle spielen können.

Wie lassen sich Ihre Ergebnisse praktisch anwenden?

Die Ergebnisse der Dissertation sind vollständig in die Entwicklung eines neuen Terahertz-Mikroskops im Forschungszentrum LENA (Laboratory for Emerging Nanometrology) geflossen. Dieses Großgerät wurde parallel zur Doktorarbeit komplett neu geplant und entwickelt, sodass alle Erfahrungen aus dem ersten Prototypen zu einer substantiell verbesserten neuen Version führen konnten, die in diesem Jahr in Betrieb genommen wurde. Aktuell laufen in Kooperation mit anderen Forschungsgruppen die ersten Messungen, mit denen die vielseitigen Möglichkeiten des neuen Terahertz-Mikroskops demonstriert werden. Gleichzeitig gibt es auch interessante Anwendungsbereiche in der Industrie, sodass ein späterer Technologietransfer im Rahmen einer Ausgründung durchaus möglich ist.

Was empfanden Sie als das Schönste an Ihrer Dissertation?

Die Forschung am Terahertz-Mikroskop ist interdisziplinär geprägt. Neben der Entwicklung der eigentlichen Messtechnik durfte ich dabei in viele weitere Bereiche aus der Physik, Konstruktion, Additiven Fertigung, Lasertechnik, Optik, Hochfrequenztechnik, Vakuumtechnik, Cryotechnik und Programmierung einsteigen. Im Rahmen der Planung des neuen Großgerätes im LENA kamen dann noch viele weitere Aufgaben rund um Forschungsanträge, Ausschreibungsrecht und die Planung von Forschungslaboren dazu, sodass diese Arbeit die einmalige Gelegenheit bot, Erfahrungen in einem sehr breiten Themenspektrum zu bekommen.

Durch die Mitgliedschaft in Graduiertenkolleg „NanoMet – Metrology for Complex Nanosystems“ und in der Graduiertenschule „Braunschweig International Graduate School of Metrology (B-IGSM)“ gab es die Möglichkeit, mit vielen Doktoranden und Professoren, insbesondere auch aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), regelmäßig in Kontakt zu kommen und durch ein umfassendes Lehrprogramm einen noch viel breiteren Überblick über aktuelle Forschungsthemen zu bekommen. Abschließend durfte ich während meiner Doktorandenzeit knapp 20 studentische Arbeiten betreuen, mit denen ich gemeinsam an vielen spannenden Themen, insbesondere im Bereich des 3D-Drucks, arbeiten durfte.

Wo arbeiten Sie nach der Promotion?

Ich habe die Möglichkeit erhalten, an meinem Dissertationsthema weiterzuarbeiten, um den Aufbau des neuen Terahertz-Mikroskops am Forschungszentrum LENA fertigzustellen. Somit bin ich dem Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik und dem LENA erhalten geblieben und leite dort nun eine Arbeitsgruppe rund um das Terahertz-Mikroskop. Dabei sind wir unter anderem auch Teil des Exzellenzclusters QuantumFrontiers. Parallel dazu darf ich mich auch in der Lehre engagieren und habe seit 2019 einen Lehrauftrag für die Vorlesung „Additive Fertigung (3D-Druck)“.

Was machen Sie am liebsten – neben der Wissenschaft?

Ich bin leidenschaftlicher Musiker. Ich spiele Klavier, singe in einem Chor und spiele Trompete, unter anderem auch in der TU Big Band. Bis zum vergangenen Jahr war ich als Dirigent bei der Akademischen Bläservereinigung an der TU Braunschweig (AkaBlas) aktiv und hatte dabei 2019 zum 55-jährigen Jubiläum die Ehre, das Orchester bei einer zweiwöchige Konzerttournee mit 65 Musikern und Musikerinnen in mehr als zehn Konzerten an der Ostküste der USA und bei einem großen Konzert mit knapp 100 Musikerinnen und Musikern in der Stadthalle Braunschweig zu dirigieren.