Neuartige Bauteil- und Systemkonzepte

Im Basisbereich Neuartige Bauteil- und Systemkonzepte bündelt der Fachbereich seine Kompetenzen zu grundlegenden Neuansätzen für elektrotechnische Bauteile und Systeme sowie Methoden und Theorien zu deren Integration.

Aktuelle Forschungsfragen

  • Wie müssen elektrotechnische Bauteile und Systeme gebaut sein, so dass sie nicht nur funktionieren, sondern dies auch energieeffizient tun und den erhöhten Anforderungen der künstlichen Intelligenz gerecht werden?

In Teilchenbeschleunigern werden geladene Teilchen mit Hilfe elektromagnetischer Felder auf möglichst hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Seit den 1950er Jahren werden dazu Hohlraumresonatoren verwendet, die die geladenen Teilchen mit Hilfe von stehenden Wellen beschleunigen.

Solche Kavitäten werden bei Frequenzen von einigen Hundert MHz betrieben und sind in etwa so lang wie ein PKW. Wenn man solche Resonatoren bei Frequenzen im THz-Bereich betreiben könnte, ließen sich diese Strukturen auf eine Länge von unter 1 cm reduzieren.

Mit optischen Beschleunigern kann man sogar einzelne Zellen bauen, die kürzer sind als ein Mikrometer, was vollkommen neue Anwendungsbereiche eröffnen würde.

Am Institut für Teilchenbeschleunigung und Elektromagnetische Felder (TEMF) forscht die Arbeitsgruppe am Fachgebiet Beschleunigerphysik (Prof. Boine Frankenheim) um Dr.-Ing. Uwe Niedermayer an solchen miniaturisierten Laserbeschleunigern für Elektronen, sogenannten Dielectric Laser Accelerators (DLA) im Rahmen des internationalen Accelerator on a Chip Programms.

Insbesondere beschäftigt sich die Gruppe mit der Simulation der elektromagnetischen Felder und der Teilchendynamik in dielektrischen Beschleunigerstrukturen und mit der Entwicklung lasergetriebener Fokusierstrukturen.

Mini-Teilchenbeschleuniger

Solche Teilchenbeschleuniger im Taschenformat würden Elektronenmikroskope und Elektronenbeugungsmessgeräte mit höherer Energie ermöglichen und erlauben die Erzeugung hochpräziser Elektronenpulse, die kürzer sind als die verwendete Laserperiode, d.h. den Attosekundenbereich erreichen. Damit kann man z.B. den zeitlichen Ablauf von Elektronenbewegungen in chemischen und biologischen Reaktionen nachvollziehen, und in Zukunft eine Vorstellung davon wie in einem Film bekommen.

Weitere Informationen unter der folgenden Link

GBMF fördert ACHIP

Damit hier ein Fortschritt erzielt werden kann, hat die GBMF aus den USA das ACHIP Forschungsprogramm gefördert, an dem auch die TU Darmstadt teilnimmt.