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Kompetenzzentrum der Universitäten Bielefeld und Mainz nimmt Arbeit auf

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert mit 2,5 Millionen Euro das neue Forschungslabor „MagSens“ der Universität Bielefeld und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das in diesem Monat seine Arbeit aufnimmt. Das standortübergreifende Kompetenzzentrum erforscht und entwickelt magnetische Hochleistungssensoren, die robust, energiesparend und verzögerungsfrei messen. Magnetische Sensoren werden für Smartphones und autonome Fahrzeuge, für Biotechnologie und für vernetzte Systeme in der Industrie 4.0 benötigt. Die Sensoren können zum Beispiel Positionen, Bewegung und elektrische Stromstärke erfassen.

Für das neue Kompetenzzentrum MagSens kooperieren die Arbeitsgruppen von Professor Dr. Günter Reiss (Universität Bielefeld) und Professor Dr. Mathias Kläui (Universität Mainz). Die beiden Physiker leiten MagSens und sind Spezialisten für die Herstellung von extrem dünnen Schichten – wenige Atomlagen flach – die als Basis für magnetische Sensoren dienen.

„Die ultradünnen Schichten lassen sich mit zahlreichen Eigenschaften ausstatten“, sagt Günter Reiss. Das geschieht, indem Komponenten wie Eisen, Nickel, Kupfer und Aluminium- oder Magnesiumoxid unterschiedlich kombiniert werden. „Um neue Eigenschaften zu erreichen, ist bislang viel Zeit und Aufwand erforderlich. Das beginnt bei der Modellbildung, mit der berechnet wird, wie die unterschiedlichen Atome zusammenwirken. Bei der Herstellung der Schichten muss dann geprüft werden, ob sie auch tatsächlich die gewünschten Eigenschaften haben – falls nicht, muss der Herstellungsprozess korrigiert werden, oft viele hundert Male.“

Das Kompetenzzentrum MagSens soll den Prozess von der Modellierung bis zur erfolgreichen Herstellung beschleunigen. Die neue Forschungsinfrastruktur nutzt dafür moderne Konzepte der Materialforschung und setzt maschinelles Lernen ein. Dafür programmieren die Forschenden Erfahrungswerte in den Computer ein, der die Herstellungsanlage steuert. „Das System erkennt Muster und Grundprinzipien in den Abläufen der Herstellung und kann auf der Basis die Anlage zunehmend präziser regeln“, sagt Reiss. „Mit den gespeicherten Daten und Mustern kann zuverlässiger und schneller als bisher berechnet werden, mit welcher Materialzusammensetzung und Herstellungsparametern sich bestimmte Effekte der magnetischen Schichten erreichen lassen.“

Als Teil von MagSens erhält das Labor in Bielefeld eine hochmoderne Beschichtungsanlage für die Produktion der ultradünnen Schichten. Die Anlage kann die gewünschten magnetischen Eigenschaften schon im Herstellungsprozess identifizieren, statt sie erst danach zu charakterisie-ren. „Das Steuerungssystem kann dadurch Einstellungen schon während der Herstellung justieren, um den gewünschten Effekt präzise zu erreichen“, sagt Reiss.

Die Kolleginnen und Kollegen in Mainz bringen die neu entwickelten ultradünnen Schichten im Reinraum auf ein Format, wie es von der Industrie benötigt wird. Sie übertragen die Schichten auf „Wafer“ – das sind Siliziumscheiben, auf denen Mikrochips und Sensoren aufgebracht werden. „Magnetische Sensoren sind High-Tech-Produkte der Mikroelektronik, die maßgeblich in Deutschland entwickelt und produziert werden, sagt Professor Dr. Mathias Kläui. „Unser Kompetenzzentrum hat die Technologie und die Verfahren, um entsprechend dem jeweiligen Bedarf Sensorsysteme für unterschiedlichste Anwendungen anzufertigen, und das in kürzester Zeit.“ Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen für ihre Entwicklungen neueste Erkenntnisse aus der Forschung beispielsweise zu physikalischen Phänomenen wie dem Riesenmagnetowiderstand oder dem Hall-Effekt.

Das Kompetenzzentrum heißt mit vollem Namen „Forschungslabor Mikroelektronik Bielefeld und Mainz für Magnetfeldsensorik“. Es wird in bestehende Labore in Bielefeld und Mainz integriert. Das Projekt wird über die Initiative „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland (For-Lab)“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Die 2,5 Millionen Euro Förderung gehen je zur Hälfte an die Universität Bielefeld und die Universität Mainz. Das Projekt läuft von Januar 2019 bis Dezember 2021. Das Zentrum ist eins von bundesweit zwölf „Forschungslaboren Mikroelektronik Deutschland“. Durch die Investition in modernste Geräte und Anlagen dieser Forschungslabore will das BMBF Forschung auf internationalem Spitzenniveau verstärkt ermöglichen.

Weitere Informationen im Internet:
Website des Kompetenzzentrums „MagSens“: http://www.magsens.de

Kontakt:
Prof. Dr. Günter Reiss, Universität Bielefeld
Fakultät für Physik
Telefon: 0521 106-5411
E-Mail: reiss@physik.uni-bielefeld.de