Helmholtz-Preis für hochpräzise Messungen zur Relativitätstheorie und zu Nanomaterialien
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Die Metrologie im Blick“ ist der Slogan des Helmholtz-Preises. (Foto: PTB)
Grundlagenphysik rund um Einsteins Spezielle Relativitätstheorie auf der einen Seite und Grundlagen für messtechnische (metrologische) Anwendungen im Bereich von Tausendstel Mikrometern (Nanometern) auf der anderen Seite – so weit spannt sich der Bogen beim diesjährigen Helmholtz-Preis. Den Preis vergibt der Helmholtz-Fonds alle zwei Jahre für hervorragende wissenschaftliche und technische Forschung auf dem Gebiet „Präzisionsmessung in Physik, Chemie und Medizin“.
Ein neuer Weg zu standardisierter Nanometrologie
In der Kategorie „Anwendungen“ geht der Helmholtz-Preis an ein neunköpfiges Team aus Forschern der Humboldt-Universität zu Berlin und der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg um die Berliner Physikerin Saskia F. Fischer und den Freiburger Mikrosystemtechniker Peter Woias. Die Gruppe hat ebenfalls grundlegend Neues geschaffen: nämlich die wissenschaftlich-technischen Voraussetzungen für standardisierte Messungen an einzelnen Nanostrukturen. In der Wissenschaft vom exakten Messen, der Metrologie, gilt der Helmholtz-Preis als eine der international bedeutendsten Auszeichnungen. In den Kategorien „Grundlagen“ und „Anwendungen“ ist er mit jeweils 20 000 Euro dotiert.
Das Problem bei Materialien mit derart kleinen Abmessungen ist, dass sie oftmals ganz andere Eigenschaften als die entsprechenden makroskopischen Materialien haben. Denn auf der Nanoebene spielt neben der Art des Materials die Form der Oberflächen eine große Rolle, also die Abmessungen oder die Oberflächenstruktur. Der vor hundert Jahren im Bauhaus geprägte Satz für Industriedesign und Architektur „Form follows function“ muss für Materialparameter auf der Nanometerskala häufig auf den Kopf gestellt werden: „Form defines function“. Dies ermöglicht, dass Materialparameter durch die Formgebung maßgeschneidert werden können. Umso wichtiger ist es, die Materialparameter dann auch genau und zuverlässig zu messen – was für die Metrologie eine Herausforderung ist.
Das Forscherteam stellt in seiner Arbeit nun standardisierbare Präzisionsmessungen des sogenannten Seebeck-Koeffizienten vor, die sich von ihrem Modellsystem, nämlich Drähten aus Silber mit Nanometer-Durchmesser und einer kristallinen Struktur (Einkristallen), auf andere Nanostrukturen und auch auf weitere Parameter ausweiten lassen. Damit hat die Gruppe den Nachweis erbracht, dass Hochpräzisionsmessungen für die vollständige thermoelektrische Charakterisierung (also die Messung von elektrischer Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und des Seebeck-Koeffizienten) auch bei metallischen Nanomaterialien in standardisierter Weise über einen großen Temperaturbereich möglich sind. Die Ergebnisse wurden in Scientific Reports veröffentlicht.
Der Preis
Der Helmholtz-Preis wird vom Helmholtz-Fonds für hervorragende wissenschaftliche und technologische Forschung auf dem Gebiet „Präzisionsmessung in Physik, Chemie und Medizin“ verliehen – und zwar in den Kategorien „Grundlagen“ und „Anwendungen“. Wann und wo die Ehrung der diesjährigen Preisträger stattfindet, ist angesichts der derzeitigen Situation noch nicht festgelegt. Das geplante Heraeus-Seminar vom 11. bis 14. Mai in Bad Honnef („Hybrid Solid State Quantum Circuits, Sensors, and Metrology“), in dessen Rahmen die Preisverleihung geplant war, wurde abgesagt.
Helmholtz-Preis 2020, Kategorie „Präzisionsmessungen in der angewandten Messtechnik“
Maximilian Kockert, Dr. Danny Kojda, Dr. Rüdiger Mitdank, Dr. Anna Mogilatenko und Prof. Dr. Saskia F. Fischer (Beiträge wurden an der Humboldt-Universität zu Berlin durchgeführt) sowie Dr. Zhi Wang, Dr. Johannes Ruhhammer, Dr. Michael Kröner und Prof. Dr. Peter Woias (Beiträge wurden an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg durchgeführt) für ihre Arbeit „Nanometrologie: Absoluter Seebeck-Koeffizient von einzelnen Silbernanodrähten.“
Die wissenschaftliche Veröffentlichung
M. Kockert, D. Kojda, R. Mitdank, A. Mogilatenko, Z. Wang, J. Ruhhammer, M. Kroener, P. Woias,
S. F. Fischer: Nanometrology: Absolute Seebeck coefficient of individual silver nanowires. Scientific Reports 9, 20265 (2019)
Ansprechpartner
Prof. Dr. Peter Woias, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), Lehrstuhl für Konstruktion von Mikrosystemen, Georges-Köhler-Allee 102, 79110 Freiburg, Telefon: (0761) 203-7490, E-Mail: woias(at)imtek.uni-freiburg.de
Prof. Dr. Saskia F. Fischer, Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Physik, AG Neue Materialien, Newtonstraße 15, 12489 Berlin Telefon: (030) 2093-8044, E-Mail: saskia.fischer(at)physik.hu-berlin.de
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