Clara Saraceno erhält Förderung des Europäischen Forschungsrats

Kompakte, effiziente und leistungsstarke Terahertz-Spektrometer

Der Lehrstuhl für Photonik und Ultrakurzpulslaser unter der Leitung von Clara Saraceno entwickelt einzigartige Lasersysteme, die sehr kurze Impulse – mit einer Dauer im Femtosekundenbereich – bei sehr hohen Leistungen erzeugen. Solche Laser erzeugen für diese sehr kurzen Zeiträume eine extrem hohe Spitzenleistung im Gigawattbereich (109 W), die dazu verwendet werden kann, Materialien über ihre lineare Reaktion hinaus anzuregen und so neue Farben zu erzeugen und neue Bereiche des Spektrums zu erreichen. „In den vergangenen zehn Jahren haben wir uns auf die Erzeugung von Terahertz (THz)-Wellen mit diesen Lasern spezialisiert, um Leistung und Effizienz zu steigern“, so Clara Saraceno, die als Professorin am Research Center Chemical Sciences and Sustainability forscht. 

Anwendungsbereiche für die Terahertz-Technologie finden sich in Wissenschaft und Technik viele: von der Spektroskopie von Flüssigkeiten bis hin zur Inspektion von verpackten Gütern in der Industrie, wo hohe Leistung eine höhere Geschwindigkeit ermöglicht. Die kommerzielle Anwendung von THz-Spektrometern auf Laserbasis ist jedoch durch Kosten, Größe und Geschwindigkeit begrenzt. „Mit diesem Proof-of-Concept-Projekt wollen wir das kommerzielle Potenzial eines neuen kompakten, leistungsstarken Terahertz-Spektrometers untersuchen, das diese Einschränkungen umgehen kann“, sagt Clara Saraceno.

Die Arbeit der Gruppe wurde in den vergangenen fünf Jahren durch einen ERC Starting Grant und aktuell durch einen ERC Consolidator Grant finanziert. Während des ERC Starting Grant erhielt die Gruppe bereits einen Proof of Concept Grant (Giga2u) zur Erforschung eines anderen Themas im Bereich der Lasertechnologie für die Materialbearbeitung. In diesem zweiten Proof-of-Concept-Grant wird sich die Gruppe mit Anwendungen befassen, die eine Hochgeschwindigkeits-Terahertz-Spektroskopie erfordern, beispielsweise für die Bildgebung bei zerstörungsfreien Prüfungen in der Industrie.

Werkzeug zur zerstörungsfreien Prüfung

Das neue Spektrometer, das auf einer Leistungssteigerung innerhalb eines Laserresonators basiert, könnte es ermöglichen, eine hohe Leistung zu erreichen und somit mit sehr hoher Geschwindigkeit zu arbeiten, ohne wie andere kommerzielle Lösungen Abstriche bei Bandbreite und Effizienz machen zu müssen, und könnte somit zu einem nützlichen Werkzeug, zum Beispiel für die zerstörungsfreie Prüfung werden.

Nachhaltige Alternative zur klassischen Chemie

Die Arbeitsgruppe von Lars Borchardt beschäftigt sich seit vielen Jahren mit Mechanochemie, einer besonders nachhaltigen Alternative zu klassischen chemischen Syntheseverfahren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Reaktionen kann Mechanochemie den Einsatz von Lösungsmitteln stark reduzieren oder in vielen Fällen sogar vollständig vermeiden und kommt ohne energieintensives Erhitzen aus. Stattdessen werden chemische Reaktionen durch mechanische Kräfte ausgelöst – typischerweise in Kugelmühlen, in denen der Zusammenstoß von Mahlkugeln die benötigte Energie liefert.

Die Forschungsarbeiten der Gruppe wurden bereits mit einem ERC Starting Grant sowie einem ERC Consolidator Grant ausgezeichnet. Nun erhält Lars Borchardt zusätzlich einen ERC Proof of Concept Grant, mit dem ein besonders innovativer Ansatz weiterentwickelt und in Richtung praktischer Anwendung geführt werden soll: Im Zentrum des neuen Projekts steht das mahlkörperfreie Mahlen – eine grundlegende Weiterentwicklung der Mechanochemie. Dabei wird vollständig auf Mahlkugeln verzichtet. Stattdessen werden ausschließlich die Reaktionspulver selbst beschleunigt, sodass sie miteinander kollidieren und chemisch reagieren.