Aktuelle Projekte – Institut für Mikroproduktionstechnik

ISMA

Im Rahmen des Projekts ISMA entwickeln wir ein integriertes Spektroskopiemodul für optische Atomuhren – kompakt, präzise und unter einem Liter Volumen. Optische Atomuhren bieten deutlich höhere Genauigkeit und Stabilität als herkömmliche Caesium-Atomuhren und spielen eine Schlüsselrolle in der Telekommunikation, Navigation, Energiewirtschaft und bei der anstehenden Neudefinition der Sekunde. Moderne Quantensensoren werden dabei immer kompakter – das stellt neue Anforderungen an die Vakuumtechnologie. Diese Systeme benötigen Ultrahochvakuum mit Drücken von 10⁻⁸ bis 10⁻¹¹ mbar. Herkömmliche Vakuumpumpen arbeiten jedoch oft mit Magnetfeldern, die empfindliche Quantenexperimente stören können. Am IMPT wird eine innovative Vakuumpumpe entwickelt, die NEG-Technologie (Non-Evaporable Getter) mit einer Ionengetterpumpe kombiniert. Das System ist vollständig magnetfrei und beeinträchtigt daher Quantenexperimente nicht. Reaktive Gase wie Sauerstoff, Stickstoff und Wasserdampf werden chemisch an das NEG-Material gebunden. Inerte Gase wie Argon und Helium werden durch Ionisation entfernt. Ein zusätzlicher Vorteil ist die gleichzeitige Druckmessung direkt am Quantenexperiment über den Ionenstrom am Ionenkollektor. Anders als Titansublimationspumpen vermeiden wir Materialabtrag und Partikelkontamination. Die magnetfreie Bauweise garantiert störungsfreie Quantenmessungen bei gleichzeitig höherer Effizienz und längerer Lebensdauer. Unser Ansatz legt die Grundlage für die nächste Generation kompakter, energieeffizienter Quantensensoren und optischer Atomuhren.

Jahr: 2026

Förderung: VDI

Laufzeit: 2026-2028

GALACTIQ

Im Rahmen des Forschungsprojekts GALACTIQ (Glass-based advanced LIDE atom chip technology for inertial quantum sensing) werden innovative Ansätze zur Schwerkraftmessung entwickelt, die sowohl für die Erdbeobachtung als auch für verschiedene andere Anwendungen von Bedeutung sind. Der aktuelle Stand der Technik zeigt, dass klassische Gravimeter zur Messung der Erdschwerkraft oft groß, teuer und nicht langzeitstabil sind. Sie weisen aufgrund ihrer Funktionsweise mechanischen Verschleiß und Reibung auf. Mechanische Beschleunigungssensoren weisen Driftprobleme auf und sind nicht langzeitstabil genug. Eine präzise Messung der Schwerkraft mit einer für die Erdbeobachtung ausreichenden Genauigkeit ist essenziell für den Katastrophenschutz. Hierbei ist die Beobachtung des geologischen Massentransports von Bedeutung, der bei der Vorhersage von Erdbeben und Vulkanausbrüchen, in der Hydrologie, der Exploration von Bodenschätzen sowie bei der Überwachung des Klimawandels eine Rolle spielt. Der Einsatz von Atominterferometrie mit kalten Atomen stellt eine vielversprechende Lösung dar, da diese Methode auf unveränderlichen physikalischen Größen basiert, was zu einer hohen Messgenauigkeit und Langzeitstabilität führt. Erste kommerzielle Lösungen sind bereits verfügbar, jedoch hindern deren Größe, Kosten und mangelnde Skalierbarkeit eine breite Anwendung.

Jahr: 2026

Förderung: PTJ-BMFTR

Laufzeit: 2026-2029

FlexEnergy4U

Das FlexEnergy4U Projekt ist eine Kooperation zwischen der Ladon Energy GmbH und dem IMPT, gefördert von der NBank. Das Hauptziel des Projekts ist es, den Energieverbrauch privater Haushalte detailliert aufzuschlüsseln und diese Daten für flexible Tarifmodelle und weitere Anwendungen nutzbar zu machen. Ladon Energy GmbH arbeitet an der Weiterentwicklung ihres Sensors, während das IMPT die Verarbeitung und Auswertung der Daten übernimmt. Dazu werden neuronale Netze eingesetzt, die direkt auf dem Sensor laufen, um die Energiedaten zu disaggregieren. Dies ermöglicht eine genaue Zuordnung des Energieverbrauchs zu einzelnen Geräten und erlaubt die Verfolgung sowie Prognose zukünftiger Verbräuche. In Kombination mit Energiemanagementsystemen können die Nutzer ihre Energienutzung flexibler gestalten, die Energieeffizienz erhöhen und Energiekosten reduzieren. Die Flexibilisierung von Verbrauchern unterstützt außerdem die Netzstabilität angesichts der zunehmenden Volatilität der Stromproduktion durch erneuerbare Energien.

Jahr: 2025

Förderung: NBank

Laufzeit: 2025-2028

TeraClock

Stabile, präzise und kostengünstige Zeit- und Frequenzreferenzen sind von großer Bedeutung für die nächste Generation von Navigation, Sensorik und insbesondere in der Kommunikation, wie beispielsweise dem zukünftigen 6G-Kommunikationsstandard. Hier setzt das Projekt TeraClock an. Konzipiert als kostengünstige Massenmarkt- und miniaturisierte Standardkomponente soll es mithilfe von Rotationsspektroskopie ebendiese Zeit- und Frequenzreferenzen bereitstellen. Zusammen mit dem Institut für Elektronische Bauelemente und Schaltungen der Uni Ulm wird dazu eine Chip-Scale-Molecular-Clock (CSMC) entwickelt. Als Basis dient eine Gaszelle, in denen Moleküle durch eine von einem passenden Chip erzeugten Terahertzwelle in spezifischen Resonanzfrequenzen angeregt werden, welche als stabile Zeit- und Frequenzreferenz genutzt werden können.

Jahr: 2025

Förderung: DFG

Laufzeit: 2025-2027

modMEMS

Optimierte mikroelektromechanische Systeme mit geringem Bewegungswiderstand aus Diamant Im Rahmen eines MWK Stay Inspired Stipendiums führt das IMPT eine Machbarkeitsstudie zur Entwicklung hochmoderner Hochfrequenzfilter aus polykristallinem Diamant durch. Zunächst liegt der Fokus dieses Projekts auf der Verbesserung von Wachstums- und Polierprozessen für polykristalline Diamantschichten. Dazu werden spezielle Nanodiamant-Impflösungen entwickelt, um gut koaleszierte Filme zu erzeugen, sowie elektrostatisch verstärkte Polierschlämme, die dazu dienen, die erhebliche Oberflächenrauheit dieser Diamantfilme schnell zu reduzieren. Parallel dazu sollen Simulationen die Energieverluste und die Kopplung neuer Elektrodengeometrien in polykristallinen Diamantringresonatoren modellieren. Dank der herausragenden Schallgeschwindigkeit von Diamant und dessen Materialunterschieden zu Silizium können diese Systeme die hohen Resonanzfrequenzen erreichen, die für zukünftige Kommunikationsprotokolle benötigt werden, und gleichzeitig die Verlustleistung verringern. Diese Innovation ermöglicht es, spezifische Kommunikationskanäle bei Funkfrequenzen zu filtern, anstatt der bisher von piezoelektrischen Filtern abgedeckten breiten Frequenzbänder, was zu einer wesentlichen Reduzierung des Energieverbrauchs mobiler Kommunikationsgeräte führt.

Jahr: 2025

Förderung: MWK

Laufzeit: 2025 - 2026

MagStark

Magnetisch kodierte Messsysteme sind in der Industrie weit verbreitet, besonders bei Werkzeugmaschinen und in der Halbleiterfertigung. Diese Systeme nutzen magnetische Polmuster für präzise Positions- und Winkelmessungen. Aktuelle Technologien mit polymergebundenen Magneten oder Sintermagneten stoßen jedoch an ihre Grenzen hinsichtlich Robustheit und Genauigkeit. In diesem Transferprojekt sollen frühere Forschungsergebnisse mit einer neuen Methode zur Herstellung von SmCo-Hartmagnetschichten kombiniert werden. Diese Schichten sind mechanisch, chemisch und thermisch sehr robust, aber derzeit nur im Schwachfeld-Betrieb anwendbar, was ihre Anwendung auf hochpräzise Maschinen beschränkt. Das Ziel des Projekts ist es, ein Messsystem zu entwickeln, das auch den Starkfeld-Betrieb ermöglicht. Dazu muss das Streufeld der magnetischen Schichten signifikant gesteigert werden. Für die Umsetzung werden die Abscheide- und Nachbehandlungsverfahren der Schichten verbessert und neue Magnetisierungsstrategien entwickelt. Damit könnten zukünftig auch kostengünstigere Maschinen von diesen robusten und genauen Magnet-Messsystemen profitieren.

Jahr: 2025

Förderung: DFG

Laufzeit: 2025-2027

Nanomassenspektrometer

Am Institut für Mikroproduktionstechnik (IMPT) arbeitet zusammen mit dem Institut für Dynamik und Schwingungen (IDS) sowie dem Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Messtechnik (GEM) an einem neuen gemeinsamen Forschungsprojekt: das „Nanomassenspektrometer“. Ziel ist es, einen ko-resonant gekoppelten massensensitiven Nanoschwinger zu entwickeln, der selbst extrem kleine Massen erfassen kann. Im Idealfall soll die Nachweisgrenze bei etwa 10^-24 g liegen – fein genug, um einzelne Moleküle direkt zu detektieren. Dies wird mithilfe eines piezoelektrischen Schwingers im µm-Maßstab und eines Schwingbalkens im nm-Maßstab realisiert, deren Eigenfrequenzen aufeinander abgestimmt sind. In der Kooperation fließen die Kompetenzen der Institute zusammen: Das IMPT forscht an der Entwicklung und Fertigung der Nanoschwinger, die hochpräzise Fotolithografieprozesse erfordern. Am IDS stehen die Modellierung und Validierung des Piezo-Ultraschallwandlers im Fokus, während das GEM an der integrierten Anregungs- und Messelektronik arbeitet.

Jahr: 2025

Förderung: DFG

Laufzeit: 2025 - 2028

USintern

Ultraschallunterstützes Silbersintern von Hochleistungselektronik - Für die Aufbau- und Verbindungstechnik für Leistungselektronik wird mit dem Institut für Dynamik und Schwingungen (IDS) am Silberverbindungssintern geforscht. Lange Prozesszeiten und hohe Kosten des Silbers sind hier die Nachteile, die im Rahmen des Projektes behoben werden sollen. Im Vorgängerprojekt konnte gezeigt werden, dass Ultraschalleinsatz die Prozesszeit um zwei Drittel reduzieren kann. Die Verwendung von günstiger Kupferpaste ist der naheliegendste Schritt, um Silber zu ersetzen, führt aber zu dem Problem der Oxidation vor, während und nach dem Prozess, was eine deutliche Schwächung der Verbindung bedeuten würde. Daher werden Prozesse in Inertgasatmosphäre umgesetzt, wodurch jedoch der Aufwand und die Kosten steigen, was wiederum den flächendeckenden industriellen Einsatz hemmt. Um trotzdem in Normalatmosphäre prozessieren zu können und den Silberbedarf zu verringern, erforschen wir Silber-Kupferpasten, bei denen die Kupferpartikel mit einer dünnen Silberschicht eingekapselt und so vor Oxidation geschützt sind. Dies soll das Silbervolumen um etwa 80 % reduzieren. Der Einsatz von Ultraschall während des Fügeprozesses kann die Porosität nahezu eliminieren und so die Oxidationsanfälligkeit verringern. Gleichzeitig wird die Hypothese untersucht, ob während des Sinterprozesses die Ultraschallentfestigung und die Diffusion die Hauptfaktoren für die Prozessverbesserung sind.

Jahr: 2025

Förderung: DFG

Laufzeit: 2025-2027

SITO

Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Mechanismen der Bindenahtausbildung im Spritzgießprozess unter variierenden Prozessbedingungen detailliert zu untersuchen. Im Zentrum steht die Entwicklung hochperformanter Temperatursensor-Arrays in Dünnfilmtechnik, die direkt auf der Oberfläche der Spritzgussform integriert werden. Diese Sensorik bietet eine bislang unerreichte zeitliche und räumliche Auflösung bei der Messung der Temperaturverteilung während der Bindenahtbildung. Durch ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen und Drücken ermöglicht sie die Erfassung präziser Prozessdaten. Diese Daten sind essentiell, um den Einfluss von Prozessschwankungen sowie das dynamische Temperaturfeld auf die Bindenahtfestigkeit zu analysieren und zu modellieren. Das Projekt wird durch simulationsgestützte Sensor-Layouts und eine intelligente Datenverarbeitung unterstützt, um tiefere Einblicke in die thermodynamischen Prozesse zu gewinnen und die mechanischen Eigenschaften optimierter Bauteile zu verbessern. Die Ergebnisse sollen sowohl die Prozessoptimierung als auch die Fertigung und Auslegung von Strukturbauteilen in der Kunststoffindustrie vorantreiben.

Jahr: 2025

Förderung: DFG

Laufzeit: 2025-2028

Vorprojekt VP04 Cu/Cu-Bondverbindungen

Das Vorprojekt untersucht, wie der Übergangswiderstand von Cu/Cu-Verbindungen in Hairpin-Statoren für Elektromotoren deutlich gesenkt und gleichzeitig die elektrische sowie mechanische Bindungsintegrität verbessert werden kann. Im Fokus steht die Optimierung der Kontaktflächen, um metallisch reine Oberflächen mit maximalem Grenzflächenkontakt zu erzielen. Durch die gesteigerte Leitfähigkeit und Bindungsqualität sollen Wicklungs- und Kontaktwiderstände reduziert, die Materialnutzung effizienter gestaltet und die Gesamteffizienz der Motoren gesteigert werden. Das Projekt verbindet innovative Behandlungskonzepte mit bestehenden Fertigungsprozessen, um eine einfache und wirtschaftliche Integration in industrielle Prozessketten zu ermöglichen. Kupferbasierte Steck- und Bondverbindungen stellen zentrale Elemente für langlebige und hochstromfähige elektrische Kontakte in modernen Elektromotoren dar, insbesondere im Statorbereich, der üblicherweise aus Kupferdrahtwicklungen besteht. Zur Erhöhung der Leistungsdichte der Wicklung kommt zunehmend die Hairpin-Technologie zum Einsatz, bei der vorgeformte Kupferleiter aus Kupferflachdraht in einem Drahtkorb angeordnet, abisoliert und anschließend in das Lamellenpaket eingebracht werden. Dieses Verfahren ermöglicht kompakte und effiziente Wicklungsdesigns, stellt jedoch hohe Anforderungen an die Qualität der elektrischen Kontaktstellen. An den Kontaktflächen treten häufig Hohlräume und Lufteinschlüsse auf, deren Vorhandensein die metallische Leitfähigkeit beeinträchtigt. Darüber hinaus führen native Kupferoxidschichten sowie anhaftende Fremdpartikel zu einer weiteren Erhöhung des Übergangswiderstands, wodurch sich der Wicklungswiderstand erhöht, die Verlustleistung zunimmt und die Gesamteffizienz des Elektromotors reduziert wird.

Jahr: 2025

Laufzeit: 2025-2026

AeroQGrav

In der Fluggravimetrie wird die Schwerebeschleunigung identifiziert als Differenz zwischen einer gravitativen Beschleunigungsmessung durch ein Gravimeter einerseits und der Trägheitsbeschleunigung des Flugpfades gegenüber dem inertialen Raum andererseits, welche z. B. via Satellitennavigation oder alternativen Verfahren bestimmt wird. Dank der Fluggravimetrie kann effizient und großflächig das Schwerefeld der Erde vermessen werden, welches jeher zentrale Informationen für die Geowissenschaften, aber auch für die Suche nach Rohstofflagerstätten liefert. In der Geologie und Geotektonik dient die Gravimetrie zur Identifikation unterirdischer Dichteanomalien, in der Geodäsie zur Definition der Referenzflächen für nationale Höhenbezugssysteme, in der Ozeanographie zur Bestimmung der Meeresströmungen oder zur Erfassung von Änderungen der Massenverteilung auf der Erde, ausgelöst nicht unwesentlich auch durch die Veränderung unseres Klimas. Im Rahmen dieses Teilvorhabens des Projekts AeroQGrav soll die Technologie der Quantengravimetrie an die Bedürfnisse der Fluggravimetrie angepasst werden. Dabei soll ein neuartiges Quantenfluggravimeter - das AeroQGrav - entstehen, welches im Rahmen des Projektes entwickelt und in mehreren Testkampagnen im Flug (und bei Verfügbarkeit ggf. zusätzlich auf Wasser) erprobt werden soll. Das Ziel liegt darin, eine höhere Auflösung und Langzeitstabilität in der Messung der Schwerebeschleunigung zu zeigen. Das IMPT befasst sich mit der Entwicklung und der Herstellung des Atomchip-Systems für AeroQGrav. Dieses System wird zu einem frühen Zeitpunkt zur Verfügung gestellt. Parallel dazu wird die Atomchiptechnologie durch das IMPT anhand von umfangreichen Qualifizierungsmaßnahmen und Langzeittests sowohl im Labor als auch im Rahmen der praktischen Anwendung evaluiert, um das Atomchip-System für eine Kommerzialisierung vorzubereiten. Prozesspläne und Fertigung werden angepasst, um den Übergang von der Prototypenfertigung hin zur robusten Standardkomponente zu vollziehen.

Jahr: 2024

Förderung: VDI / BMBF

Laufzeit: 2022-2027

MINIMALS

Das Projekt MINIMALS - Micro and Nano Integrated Manufacturing Lower Saxony soll die Infrastruktur für die Entwicklung von Quantentechnologien in Niedersachsen verbessern. Das Projekt wird von der Europäischen Union kofinanziert und investiert in Spitzentechnologien, um fortschrittliche Produktionsprozesse für Quantensysteme zu etablieren. Geplant ist die Integration einer 8-Zoll kompatiblen Lithografiezeile, einer Konfokalsputteranlage und einer Ultrakurzpulslaseranlage in den Reinraum, um die Herstellung von Atomdampfzellen zu unterstützen, die entscheidend für moderne Quantensysteme sind. MINIMALS strebt die Entwicklung einer technologischen „Core Facility“ in der Region Hannover/Braunschweig an, die sowohl die Grundlagenforschung als auch das nachhaltige Wirtschaftswachstum in Europa fördern soll, mit einem besonderen Fokus auf die Quantentechnologie und die Mikroelektronik-Industrie. Das Projekt unterstützt die nachhaltigen Entwicklungsziele der Vereinten Nationen, indem es innovative Lösungen für gegenwärtig unlösbare Herausforderungen entwickelt. Dies ist die zweite Förderung aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE), die das IMPT nach der Unterstützung für das Projekt HARD im Jahr 2022 erhält.

Jahr: 2024

Förderung: nBank

Laufzeit: 2024-2027

SELFLED

Die Untersuchung von Einzelzellen in synthetischen Mikroumgebungen kann enorme Aussagekraft über Zelleigenschaften, Zellinteraktionen und die Wechselwirkungen mit Wirkstoffen haben. Der große zeitliche, personelle und materielle Aufwand schränkt solche Untersuchungen in aller Regel auf den Maßstab von Mikrotiterplatten ein, d.h. Platten mit typischerweise 96 und bis zu 1536 Mikronäpfchen. Die Fluoreszenzmikroskopie wird hier als wesentliches Analysewerkzeug eingesetzt. Dabei werden die Zellen mit Fluorophoren eingefärbt, die bei Bestrahlung mit bestimmten Wellenlängen fluoreszieren. Die ständige Bestrahlung der Zellen führt jedoch zu Photobleichung und photooxidativem Stress und damit zu verfälschten Versuchsergebnissen durch degradierender Fluoreszenz und verringerter Viabilität der Zellen. Das Ziel des Forschungsvorhabens SELFLED ist eine neuartige Beleuchtungseinheit für die Fluoreszenzmikroskopie zu entwickeln, die eine kontrollierte, selektive und überwachbare Bestrahlung jeder Mikroumgebung ermöglicht und damit Photobleichung und photooxidativen Stress kontrollierbar macht und ohne Einschränkung der Versuchsdurchführung verringert. Dafür sollen MikroLEDs und in Glas geprägte Mikrooptiken angepasst an die spezifischen Bedingungen der Mikronäpfchen in einem hochintegrierten Package kombiniert werden. Für die Mikrooptiken wird ein laserunterstütztes Prägeverfahren untersucht, das eine automatisierte Erzeugung z.B. von anwendungsspezifischen Mikrolinsenarrays auf Wafer-Level ermöglicht.

Jahr: 2024

Förderung: BMBF

Laufzeit: 2024 - 2026

SFB TRR 375 – A04: Integrierte Bauteilüberwachung von hochbelasteten hybriden porösen Bauteilen

Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel des SFB TRR 375 ist die Etablierung einer neuen Klasse von Werkstoffen: multifunktionale Hochleistungsbauteile aus hybriden porösen Materialien (HyPo). Diese HyPo-Bauteile werden die Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit einer Vielzahl von Produkten verbessern, die Produktsicherheit durch bauteilintegrierte Sensorik gewährleisten und die Datenerfassung im Rahmen der Digitalisierung erleichtern. Die Herausforderungen bestehen in dem Gradienten der Materialeigenschaften, der Stabilität von Hochtemperatursensoren und dem komplexen Zusammenspiel von Eigenspannungszustand, Relaxations- und Ermüdungsverhalten. Das IMPT arbeitet in diesem Zusammenhang in Teilprojekt A04 an bauteilintegrierten polymerfreien Dünnfilmsensoren, die zur Datenerfassung während der Herstellungs- und Nutzungsphase genutzt werden.

Jahr: 2024

Förderung: DFG

Laufzeit: 2024 - 2027

CARIOQA-PMP

CARIOQA-PMP (Cold Atom Rubidium Interferometer in Orbit for Quantum Accelerometry - Pathfinder Mission Preparation) zielt auf die Entwicklung einer neuen Technologie ab, die innerhalb des nächsten Jahrzehnts im Weltraum eingesetzt werden soll: Quantenbeschleunigungsmesser. Diese Technologie wird für die satellitengestützte Geowissenschaft eingesetzt, um den Klimawandel zu überwachen und so die Entwicklung von Abschwächungs- und Anpassungsmaßnahmen zu unterstützen. Die im Rahmen des CARIOQA-PMP entwickelte Technologie soll während einer Weltraummission getestet werden: der Quantum Pathfinder Mission. Neben der Entwicklung eines technischen Modells für das Instrument der Weltraummission und der Entwicklung, Verbesserung und Erprobung kritischer Technologien wird CARIOQA-PMP auch einen technischen und programmatischen Fahrplan für Quanten-Weltraumgravitationsmissionen erstellen. Dieser Fahrplan wird von den europäischen Akteuren gemeinsam genutzt und validiert. Sie wird sicherstellen, dass die Ergebnisse des Projekts durch ihre Harmonisierung mit dem europäischen programmatischen Rahmen maximale Wirkung entfalten. CARIOQA-PMP bringt führende Akteure aus fünf EU-Ländern zusammen. Dazu gehören Experten für die Entwicklung von Satelliteninstrumenten (Airbus Defence and Space, Exail, TELETEL, LEONARDO), Quantensensorik (LUH, SYRTE, LP2N, LCAR, ONERA, IESL/FORTH), Weltraumgeodäsie, Geowissenschaften und Nutzer von Schwerefelddaten (LUH, TUM, POLIMI, DTU) sowie Experten für Wirkungsmaximierung und Folgenabschätzung (PRAXI Network/FORTH, G.A.C. Group). Die Vorbereitung der Pfadfindermission wird von den französischen und deutschen Raumfahrtagenturen CNES und DLR unter der Leitung des CNES koordiniert.

Jahr: 2024

Förderung: EU, Horizon Europe (HORIZON)

Laufzeit: 2022-2026

CARIOQA-GE

Das Ziel dieses Projekts ist eine Untersuchung zur Definition einer Pathfinder-Mission für satellitengestütze, inertialsensitive Atominterferometrie (CARIOQA-GE - Cold Atom Rubidium Interferometer in Orbit for Quantum Accelerometry). Dabei sollen unter der Berücksichtigung finanzieller und technischer Beschränkungen die vorteilhaftesten Szenarien und Anforderungen für eine Pathfinder-Mission ermittelt werden. Die Studie stützt sich auf die weltweit einzigartige Expertise der LUH-Wissenschaftler in der Entwicklung miniaturisierter Quantensysteme für Anwendungen in der Schwerelosigkeit, welche sich in erfolgreichen Mikro-Gravitationskampagnen begründet, von Experimenten im Fallturm über Höhenforschungsraketen bis hin zur ISS. Mittels eines speziell für satellitengestütze Atominterferometrie entwickelten Simulationsprogrammes soll das Szenario für eine Pathfinder-Mission und Bewertung ihres Ergebnisses im Hinblick auf wissenschaftlichen Mehrwert für die Erdbeobachtungsgemeinschaft weiterentwickelt werden. Außerdem soll ein neues Atomchip-Design entwickelt werden, das für eine Quantenraumgravimetrie- Mission geeignet ist. Die Hauptaufgabe des IMPT besteht in der Entwicklung und der ausführlichen Evaluierung der gefertigten Atomchip-Systeme, der Identifizierung potentieller Schwachstellen sowie der anschließenden Überarbeitung in Kooperation mit dem Institut für Quantenoptik der LUH. Da die Atomchip-Systeme selbst unter UHV-Bedingungen betrieben werden, stellen mikroskopische- und bestimmte messtechnische Analyseverfahren eine Herausforderung dar. Aus diesem Grund wird das IMPT einen Test- Chip entwickeln, der über eine Sensorik verfügt, die interne- und externe Einflüsse im laufenden Betrieb überwachen soll. Dieser Test-SC-Chip wird den SC-Chip für Evaluierungsversuche ersetzen. Auf Basis der daraus gewonnenen Erkenntnisse können sowohl Grenzwerte für den Betrieb ermittelt werden als auch notwendige Überarbeitungen abgeleitet werden. Als Grundlage für diese Tests dient ein initiales Atomchip-System, dass zu Beginn des Projekts entwickelt und gefertigt wird.

Jahr: 2024

Förderung: DLR / BMBF

Laufzeit: 2022-2025

Q-GALA

Derzeitigen Aktivitäten im Bereich der Quantentechnologie ist gemein, dass es sich für gewöhnlich um laborbasierte Aufbauten handelt. Neben dem räumlichen- und finanziellen Aspekt setzen diese Systeme eine entsprechende Expertise auf der Anwenderseite für den Betrieb voraus. Damit eignen sie sich in erster Linie für die Grundlagenforschung und wissenschaftlich-technische Dienstleistungsaufgaben wie sie beispielsweise an Metrologie-Instituten durchgeführt werden. Das Projekt Q-GALA wird eine miniaturisierte, Glas-basierte Quantensystem-Plattform am Beispiel des Atominterferometers entwickeln. Diese Plattform stellt den ersten Schritt auf dem Weg hin zu einem miniaturisierten Quantensystem (MQS) dar, welches von hoher Relevanz für jegliche Applikation im Bereich der Quantentechnologie ist. Gleichzeitig wird dadurch auch der Weg hin zu einer wirtschaftlichen Serienfertigung geebnet, die die Quantentechnologie einem breiten Anwenderspektrum zugänglich macht. Der Einsatz von Glas als transparentes Substrat ermöglicht völlig neue Designmöglichkeiten wie die rückseitige Annäherung der Strahlen. Darüber hinaus stellt Glas in den anvisierten Temperaturbereichen einen elektrischen Isolator dar, der zum einen Wirbelströme unterdrückt und darüber hinaus die Verwendung von zusätzlichen, potentiell fehlerhaften Isolationsschichten vermeidet. Neben den funktionalen Eigenschaften, die schon das Silizium-basierte System bietet, erfolgt hier eine Erweiterung um den Part der Photonik durch die aktive Ausnutzung der optischen Eigenschaften von Glas.

Jahr: 2024

Förderung: Zukunftscluster / Projektträger Jülich

Laufzeit: 2023-2026

TRR/SFB 298 SIIRI - B04: Active Stimulus-Responsive Implants

Im interdisziplinären Sonderforschungsbereich/Transregio 298 SIIRI (Sicherheitsintegrierte und infektionsreaktive Implantate) forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Medizin, der Zahnmedizin sowie den Ingenieur-, Natur- und Sozialwissenschaften von der Medizinischen Hochschule Hannover, der Leibniz Universität Hannover, dem Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig, der Technischen Universität Braunschweig sowie der Hochschule für Musik, Theater und Medien Hannover an der Entwicklung innovativer Strategien zur Verbesserung der Implantatsicherheit. Es sollen neue Sicherheitsstrategien für medizinische Implantate entwickelt werden, indem unter anderem sicherheitsrelevante Konzepte aus den Ingenieurwissenschaften, wie sie zum Beispiel in der Luftfahrt zur Erhöhung der Sicherheit entwickelt werden, erstmals für die Medizin zur Anwendung kommen, um Implantate sicherer zu machen. Im Teilprojekt B04 wird die Behandlung oraler periimplantärer Infektionen bei Dentalimplantaten addressiert. Sie stellen aufgrund der komplexen Geometrie der mehrkomponentigen Implantatsysteme nach wie vor eine große Herausforderung dar, da diese häufig die vollständige mechanische Entfernung von Biofilmen und die Zufuhr von Antibiotika zu kritischen Bereichen behindern und somit das langfristige Therapieergebnis beeinträchtigen. Das Ziel des Teilprojekts ist daher die Entwicklung eines stimulierungsempfindlichen aktiven Implantats, das in der Lage ist, ein antibakterielles Mittel mithilfe einer Mikropumpe lokal über den Implantatkörper abzugeben, um implantatassoziierte Infektionen auch in anatomisch schwierigen Bereichen lokal zu behandeln. Um dieses Konzept zu realisieren, müssen mehrere interdisziplinäre Forschungsfragen geklärt werden, insbesondere hinsichtlich der höheren Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit des Implantatmaterials, der Konstruktion eines porösen Schichtsystems, das eine gleichmäßige Verteilung des Wirkstoffs über die Implantatoberfläche ermöglicht, und der Entwicklung eines miniaturisierten Pumpenantriebs, der in den Hohlraum des Zahnimplantats integriert werden kann.

Jahr: 2022

Förderung: DFG

Laufzeit: 2021-2025

InnoVaQ

Die Entwicklung von alltagstauglichen Quantensensoren erfordert einen hohen Miniaturisierungs- und Integrationsgrad des Vakuumsystems. In dem Forschungsprojekt InnoVaQ (Innovative Vakuumtechnologie für Quantensensoren) werden Technologien entwickelt, die es gemeinsam erlauben einen hochkompakten Ultrahochvakuum-Aufbau für einen auf Strontium-Atomen basierenden Quantensensor zu realisieren. Die zunehmende Miniaturisierung im Bereich der Quantensensorik führt langfristig nicht nur zu einer Verkleinerung des Gehäuses, sondern bedingt auch eine Vakuumperipherie in der entsprechenden Größenordnung. Somit wird eine miniaturisierte Pumptechnik benötigt, um kompakte und transportable Quantenmesstechnik zu entwickeln. Hierbei entwickelt das IMPT in Kooperation mit LPKF® ein kombiniertes Gerät, das von dem Funktionsprinzip her einer Ionengetterpumpe ähnelt. Als Kernkomponente dient ein magnetfreier Feldemitter-Ansatz, der die Messungen des Quantensystems nicht beeinflusst. Für die technische Umsetzung des Emitters werden zwei Ansätze verfolgt, zum einen ein Silizium basierter Ansatz (IMPT) und zum anderen ein Glas basierter Ansatz, der mithilfe der LIDE-Technologie gefertigt wird (LPKF®). Die durch das IMPT zu realisierende Pumptechnik beruht auf mikrotechnologisch hergestellten Feldemittern in Form von Spitzen, die mittels eines Trennschleifprozesses gefertigt werden. Diese Technologie wurde von der Leibniz Universität Hannover patentiert und ermöglicht die Herstellung hoch integrierbarer Emitterspitzen, die als Elektronenquellen für die Ionisation in miniaturisierten Ionengetterpumpen fungieren. Wichtig ist, dass in dem entwickelten Vakuumsystem der Druck im Bereich des Ultrahochvakuums (UVH) bei 10-8 bis 10-11 mbar liegt. Für das Erreichen dieses Druckes wird eine Kombination von Vorpumpen und Hochvakuumpumpen benötigt, da ein einstufiges Pumpen von Atmosphärendruck bis ins UHV nicht möglich ist. Nach Erreichen des Zieldrucks soll die in diesem Vorhaben entwickelte miniaturisierte Vakuumpumpe in der Lage sein, den Druck aufrechtzuerhalten und zu messen.

Jahr: 2022

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Laufzeit: 2022-2025

QGyro+ (Entwicklung einer kompakten Experimentalplattform eines gyrostabilisierten Quantennavigationssensors)

In dem Forschungsprojekt QGyro+ sollen hochgenaue Quanteninertialsensoren zur Stützung konventioneller Inertialnavigationssensoren entwickelt und getestet werden. Hochgenaue und nicht manipulierbare Navigationssysteme, die auch verwendet werden können, wenn her-kömmliches GPS nicht zur Verfügung steht, sind insbesondere für Luft-, Raum- und Schiff-fahrt sowie autonomes Fahren wichtig. Das zentrale Ziel des Vorhabens ist es, einen Sechs-Achsen Quanteninertialnavigationssensor zu entwickeln. Mit diesem Gerät sollen driftfreie und hochgenaue Quanteninertialsensoren erstmals für den Einsatz in der autonomen Naviga-tion getestet werden, um den Weg zu neuen Anwendungsfeldern zu eröffnen. Dieser Sensor soll im Projektverlauf als kompakte Experimentalplattform aufgebaut und eingesetzt werden (QINS-Experimentalplattform). Das IMPT übernimmt dabei eine Schlüsselrolle, indem es die Miniaturisierung diverser Systemkomponenten vorantreibt. Zur Erhöhung des Integrations-grads kommen sogenannte Atomchips, als Bestandteil der magneto-optischen Falle, mit er-weiterten Spiegelreferenzflächen zum Einsatz, die am IMPT entwickelt und gefertigt werden. Darüber hinaus forscht das IMPT an verschiedensten Technologien, um insbesondere das erforderliche Ultrahochvakuumsystem und die zugehörige Vakuumperipherie zu miniaturisie-ren. Ein vielversprechender Ansatz zur Aufrechterhaltung des Ultrahochvakuums (UHV) ist dabei das aktive Pumpen des Systems sowie die entsprechende Druckmessung mithilfe von mikrotechnisch gefertigten, magnetfeldfreien Ionengetterpumpen auf Basis von Feldemit-terarrays. Die am IMPT entwickelten Feldemitterarrays bestehen dabei aus hunderttausenden nanoskaligen Feldemittern mit jeweils konzentrischen Extraktionselektroden. Diese Elektro-nenquellen stellen freie Elektronen zur effizienten Restgasionisation zur Verfügung, sodass die ionisierten Restgasatome anschließend an einem funktionalisierten Ionenkollektor gebun-den werden können. In Kombination mit neuentwickelten Vakuumkammerkonzepten soll da-mit langfristig die Vision einer UHV-Mikrokammer mit integrierter Pump- und Messtechnik und Atomchiptechnologie realisiert werden.

Leitung: Alexander Kassner, M.Sc.

Jahr: 2021

Förderung: DLR

Laufzeit: 2021-2026

ISiG – Integrierte Sensorik für intelligente Großwälzlager

Im Kontext der Digitalisierung spielt die Erfassung von Messdaten im Einsatz von Großbauteilen eine zentrale Rolle. Für Wälzlager ist das Applizieren von herkömmlichen Sensoren aufgrund der Abmessungen bisher in Situ kaum möglich ist, sodass das Projekt „ISiG“ den Einsatz verschiedener, maßgeschneiderter Dünnfilmsensoren adressiert. Diese werden mithilfe von Beschichtungsverfahren direkt auf dem Maschinenelement hergestellt und somit bauteilinhärent integriert werden. In Kooperation mit dem Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT) erfolgt dabei zunächst die Simulation der auftretenden mechanischen Belastungen und die daraus abzuleitende Auslegung der Sensorknoten. Die hohe Flächenpressung, der Schlupf und der Verschleiß stellen höchste Anforderungen an die Sensorik, weshalb der Aufbau redundanter Sensorsysteme durch eine intelligente Sensordatenfusion ein übergeordnetes Ziel darstellt.

Jahr: 2021

Förderung: DFG

Laufzeit: 2021-2028

Quantum Valley Lower Saxony

Das übergeordnete Ziel des QVLS besteht in dem Aufbau eines Quantencomputers mit 50 Qubit. Das IMPT ist Teil dieses exzellenten Forschungsnetzwerks mit Zugang zu einzigartiger Infrastruktur des gesamten Konsortiums. Das Team ist sowohl national als auch international hervorragend vernetzt und nimmt (neben QVLS-Q1) an wichtigen Kollaborationen, einschließlich des Exzellenzcluster „QuantumFrontiers“ teil. Das IMPT ist Teil mehrerer Teams. In QVLS T2.4 befassen wir uns aufbauend auf unserer Expertise im Bereich der Atomchip-Fertigung mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Atomchips mit der Möglichkeit, ein Glasgehäuse auf der Oberfläche des Atomchips aufzubringen und diesen zu kapseln. In diesem Zuge evaluieren wir die Fügetechniken hinsichtlich der Hermetizität. In einer neuartigen Implementierung dieser Atomchips mit einer Gitter-basierten magneto-optischen Falle soll ferner die Integration eines optischen Gitters in die Atomchip-Oberfläche erfolgen. In QVLS T3.1 entwickeln wir Prozesse und Methoden, um einen Ionenfallen-Chip mitsamt der dazugehörigen Quantenkontrollkomponenten (CMOS-Elektronikchip, aktiver photonischer Chip, passiver optischer Interposer) zu verbinden. Das schließt alle Verbindungen zur Außenwelt (Kabel, Fasern) mit ein. Diese Ionenfallen-Packaging-Lösung wird auf Techniken der 3D-Hybridintegration basieren, um das Stapeln und Bonden von Dies aus Keramik-, Glas- und Siliziumsubstraten auf Waferebene zu ermöglichen. In QVLS T3.3 befasssen wir uns im Zuge der Miniaturisierung des Vakuumsystems und der für den Betrieb des Quantensensors notwendigen Peripherie mit der Evaluierung des Fügens von Glas auf Titan sowie dem Fügen von Komponenten unter UHV-Bedingungen (themo-kompressiv und anodisch). Ferner sind wir an der Entwicklung einer Pumptechnik beteiligt, die zunächst auf Basis von nicht verdampfbaren Gettermaterialien (NEG) ausgeführt werden soll. Weiterhin entwickeln und charakterisieren wir eine Plattform für chip-basierte Atomquellen für die Nutzung in Quantensensoren.

Jahr: 2021

Förderung: VolkswagenStiftung & Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Laufzeit: 2021 - 2025

SFB 1368 C03 – Untersuchung tribologischer Systeme für Werkzeugbeschichtungen in inerter Atmosphäre

Im Sonderforschungsbereich 1368 „Sauerstofffreie Produktion“ werden Vorgänge und Mechanismen in den Prozessen der Fertigungstechnik untersucht, die unter sauerstofffreier Atmosphäre durchgeführt werden. Das IMPT erforscht dabei im Teilprojekt C03 den Einfluss der Atmosphäre auf tribologische Systeme für die spätere Entwicklung von Werkzeugbeschichtungen in inerter Atmosphäre. Wichtige Aspekte sind dabei unter anderem die Identifizierung und Quantifizierung grundlegender Zusammenhänge der Verschleißvorgänge in silan-dotierter Atmosphäre, Diffusions- und Adhäsionseffekte und die Untersuchung möglicher neuartiger Legierungsbildungen an den Grenzflächen.

Jahr: 2020

Förderung: DFG

Laufzeit: 2020 - 2027

QCHIP

Am IMPT werden sogenannte Atomchips als Bestandteil von magneto-optischen Fallen für kompakte Materiewelleninterferometer entwickelt. In Kombination mit einer aufwendigen Laserkühlung erzeugen diese Atom Chips Magnetfeldkonfigurationen, um Atome unter Ausnutzung des Zeeman Effekts zu fangen und zu kühlen. Dies stellt den ersten Schritt zur Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats dar, welches als Testmasse für die Interferometrie dient. Um solche hochpräzisen Materiewelleninterferometer im Feld oder an Bord von Satelliten nutzen zu können, soll die Miniaturisierung weiter vorangetrieben werden. Die Anzahl der für die Kühlung notwendigen Laser und Elektronik kann reduziert werden, indem die Oberflächen der Atomchips mit optischen Gittern strukturiert werden. Durch die geschickte Ausnutzung von Beugungseffekten kann somit der Betrieb mit nur einem Laser erfolgen.

Jahr: 2019

Förderung: BMWK

Laufzeit: 2019 - 2026

Quantum Frontiers

Der Exzellenzcluster QuantumFrontiers vereint die Forschungsstärken der Leibniz Universität Hannover, der TU Braunschweig und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig mit dem Ziel der Entwicklung von neuen Messkonzepten und Sensortopologien, die auf photonischen Systemen, dedizierten Halbleitersystemen, Nanostrukturen, quanten-manipulierten atomaren und molekularen Ensembles, und sogar makroskopischen Objekten basieren. Das IMPT konzentriert sich dabei schwerpunktmäßig auf die Atominterferometrie und ist mit zwei Arbeitsgruppen involviert.

Jahr: 2019

Förderung: DFG

Laufzeit: 2019 - 2025

PhoenixD

Das Exzellenzcluster PhoenixD beschäftigt sich mit der Thematik optische Präzisionsgeräte schnell und kostengünstig mittels additiver Fertigung zu realisieren. Diese Vision vereint Forschende aus den Fakultäten Maschinenbau, Physik, Elektrotechnik Informatik und Chemie der Leibniz Universität Hannover und der TU-Braunschweig. Die Forschenden arbeiten gemeinsam an der Simulation, Herstellung und Anwendung optischer Systeme. Die zurzeit auf Glas basierenden Systeme sind aufwendig, meist per Hand, hergestellt und benötigen teilweise große Bauräume. Die Zusammenarbeit der unterschiedlichen Fachbereiche soll nun ein digitales Fertigungssystem erarbeiten mit denen individualisierte optische Produkte realisiert werden können.

Jahr: 2019

Förderung: DFG

Laufzeit: 2019 - 2032

Aktuelle Forschungsprojekte des Instituts für Mikroproduktionstechnik