Besseres Nanotech-Lasermodell durch wissenschaftlichen Austausch

Durch eine genauere Modellierung der Wechselwirkungen zwischen Laser und Materie aus dem EU-finanzierten Projekt ATLANTIC sind neue industrielle Anwendungen möglich, und Bulgarien könnte als wichtiges Forschungszentrum in diesem Gebiet aufkommen.

Grundlagenforschung

In der Natur kommt es durch Strukturen im Nanobereich auf Materialoberflächen zu Eigenschaften wie den leuchtenden Farben von Schmetterlingsflügeln oder den wasserabweisenden Eigenschaften des Lotusblattes. Im Labor kann dieser Prozess mit intensiven Laserpulsen nachgebildet werden, um innovative Werkstoffe mit gewünschten Eigenschaften zu schaffen. „Lasertechnologie mit kurzer Pulsdauer könnten in vielen industriellen Bereichen Anwendung finden“, erklärt die ATLANTIC-Projektkoordinatorin Tzveta Apostolova von der Neuen Bulgarischen Universität. „Dazu gehören die Mikrobearbeitung von Biopolymeren und Metalllegierungen zur Herstellung medizinischer Stents, das Abtragen von Dünnfilmen auf Solarzellen, das Bohren von Microvias für Leiterplatten und die Formung von Nanostrukturen für Speichermedien in elektronischen Bauteilen sowie für Knochenimplantate.“ Die Nanostrukturen selbst werden in Knochen- und Zahnimplantaten, zur Teilchenbeschleunigung und als Speicher in elektronischen Bauteilen verwendet.

Die Auswirkungen von Laserlicht im Nanobereich verstehen

Das ATLANTIC-Projekt wurde über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt, um die Spitzenforschung in Bulgarien und ganz Europa in diesem Bereich zu stärken. Das wurde hauptsächlich über ein weltweites Forschungsnetz und wissenschaftlichen Austausch erreicht. Zu den Ländern, die am Projekt beteiligt waren, gehören Argentinien, Japan und Usbekistan sowie mehrere EU-Mitgliedstaaten. Im Rahmen des Projekts sind etwa 40 etablierte und Nachwuchsforschende gereist und haben für einige Monate in verschiedenen Einrichtungen gearbeitet. So konnten sie unterschiedliche kulturelle Umgebungen erleben und Ideen austauschen. Ein wichtiges Ziel war, Forschende in neuen Verfahren zur Quantensimulation auszubilden, mit der die Auswirkungen von Laserlicht auf Materialien im Nanobereich vorhergesagt werden können. „Wir wollten diese Verfahren weiterentwickeln und über den Stand der Technik hinausgehen“, so Apostolova. „Schließlich soll die Vorhersagekraft dieser theoretischen Quantenverfahren in Modelle für Unternehmen und Lasertechnikgruppen integriert werden.“

Globale Forschungsgemeinschaften zusammenbringen

Aus der gemeinsamen Arbeit im Projekt sind zahlreiche Veröffentlichungen hervorgegangen, mit denen das wissenschaftliche Verständnis zu den Auswirkungen von Laserbestrahlung auf Materialien vertieft wurde. Dadurch könnte der Weg für neue industrielle Anwendungen in Bereichen wie Laserphysik, Chemie, Biologie und Pharmazie geebnet werden. Für Apostolova war der wissenschaftliche Austausch ein großer Vorteil des Projekts. „Dabei hat sich die Bedeutung von Kommunikation zwischen Forschungsgemeinschaften gezeigt, insbesondere in Zeiten tiefgreifender geopolitischer Spannungen“, ergänzt sie. „Interdisziplinarität war der Kern dieses Projekts, und wir konnten Sachverständige zu Materialphysik, Quantenchemie, Werkstofftechnik und Lasermaterialbearbeitung zusammenbringen.“ Für viele der Nachwuchsforschenden stellten die Entsendungen die erste wissenschaftliche Erfahrung außerhalb des Heimatlandes dar. „Das waren grundlegende Erfahrungen“, so Apostolova. „Wir hoffen, dass dieser Austausch als Katalysator für kommende Initiativen im Sinne des ATLANTIC-Projekts dienen wird.“ Zu diesen Initiativen könnte gehören, die theoretische Modellierung der Wechselwirkungen zwischen Laser und Materie voranzubringen und die Phänomene im Nanobereich zu klären, die noch unklar sind.

Versuchs- und Simulationseinrichtungen in Bulgarien

Das Ziel der Neuen Bulgarischen Universität ist, auf dieser Arbeit aufzubauen und die Zusammenarbeit mit Forschungsgemeinschaften in ganz Europa fortzuführen. „Es wäre fantastisch, wenn so kleine Labors in Bulgarien aufgebaut würden“, sagt Apostolova. „So könnten junge Forschende hochmoderne Experimente zu den Wechselwirkungen durchführen und sie vor Ort modellieren. Unsere jungen Forschenden sind klug und ehrgeizig, und Projekte wie ATLANTIC sind sehr wichtig.“ So könnte die Forschungskompetenz des Landes in einem möglicherweise lukrativen Bereich gestärkt werden. Die globale Lasertechnikindustrie wurde kürzlich auf 20 Mrd. EUR geschätzt und wird bis Ende 2034 vermutlich 33,1 Mrd. EUR wert sein.