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Messauflösung von 20 Milliardstel Millimeter auf einem Messbereich von 200 Millimetern

Der Forschungspreis im Bereich der Grundlagenforschung, verbunden mit einem Preisgeld in Höhe von 25.000 Euro ging an ein Forscherteam der TU Ilmenau.

 

Prof. Eberhard Manske mit seinem Forscherteam nach der Verleihung des 25. Thüringer Forschungspreises für Grundlagenforschung. Foto: arifoto UG

Ausgezeichnet wurden Prof. Dr.-Ing. Eberhard Manske, Prof. Dr.-Ing. Thomas Fröhlich, apl. Prof. Dr.-Ing. Roland Füßl, Dr.-Ing. Uwe Gerhardt, Dr.-Ing. Rostyslav Mastylo, Dipl.-Ing. Ingo Ortlepp, Frau Dipl.-Phys. Ulrike Blumröder, M. Sc. Folker Schwesinger, Dipl.-Ing. Oliver Birli, Dipl.-Ing. Gunter Krapf, Dipl.-Ing. Andreas Meister, Dr.-Ing. Paul Köchert von der Technischen Universität Ilmenau für ihre Forschungsarbeiten zum Thema „Subnanometermessverfahren höchster Präzision mit zehn Dekaden Messbereich“.

„Drei Größenordnungen schaffen eine neue Wissenschaft“ – so beschreibt der Teilchenphysiker Murray Gell-Mann, der Entdecker der Quarks, was Forscher bei ihrer Reise in die Welt des Allerkleinsten erwartet. Und die Welt des Allerkleinsten, das ist für die Nanoforscher das Reich der Moleküle und Atome. Ihre Größenordnung sind Bruchteile von Nanometern – der Atomgitterabstand von Kohlenstoff beträgt 0,246 nm. Im Bereich der Nanotechnologien produziert man Halbleiterstrukturen mit nahezu atomaren Abmessungen auf Wafern mit hunderten Millimetern Durchmesser. Hierzu benötigt man Subnanometer-Messverfahren höchster Präzision, die gleichzeitig zehn Dekaden Messbereich überstreichen können. Zu den genauesten Längenmess-Systemen zählen heute Laserinterferometer, wobei der hochgenaue „immaterielle“ Längenmaßstab durch die Laserlichtwellenlänge gebildet wird.

Einzigartiger Beitrag in nur zwei Jahren Forschungsarbeit

Hier haben die Ilmenauer Forscherinnen und Forscher um Prof. Eberhard Manske, Leiter des Fachgebiets Fertigungs- und Präzisionsmesstechnik an der Fakultät für Maschinenbau der TU Ilmenau, einen einzigartigen Beitrag geleistet. In nur zwei Jahren Forschungsarbeit ist es ihnen gelungen, die Messunsicherheit dieses Längenmaßstabes, also der Wellenlänge des verwendeten Laserlichtes, um den enormen Faktor 1000, das heißt um drei Größenordnungen auf 10 bis 12, zu verbessern. Dies erreichten sie, indem sie einen speziellen Laser mittels modernster Frequenzkammtechnologie auf das hochpräzise Signal von GPS-satellitengetragenen Atomuhren geregelt und dauerhaft auf die Einheit der Sekunde rückgeführt haben. Durch die Kombination mit der ebenfalls an der TU Ilmenau entwickelten Nanopositionier- und Nanomessmaschine sind nun zehn Dekaden überspannende Messungen mit Subnanometerauflösung auf ein Zehntel Atomgitterabstand über 200 mm möglich. Die in Ilmenau entwickelten Nanopositionier- und Nanomessmaschinen erreichen in einem großen Messbereich von 200 Millimetern eine Auflösung von nur 20 Pikometern, das sind 20 Milliardstel Millimeter – kein Gerät weltweit ist genauer.

Der Prorektor für Wissenschaft der TU Ilmenau, Prof. Kai-Uwe Sattler, freute sich über die Auszeichnung: „Der Preis für Prof. Eberhard Manske und sein Team würdigt die Arbeiten in der Präzisionsmesstechnik, die seit langem einer der Forschungshighlights unserer Universität ist.“