Jahresbericht 2022

Terahertz-Strahlung bietet interessante Eigenschaften, die sich in zahlreichen Fachbereichen nutzen lassen. Das Netzwerk terahertz.NRW bringt Expertinnen und Experten aus dem Terahertz-Bereich mit solchen aus anderen Fachbereichen zusammen.

Wie laufen Nährstofftransporte in Blättern ab? Wie verändern sich Pflanzen in ihrer Struktur, ihrem Wachstum und ihrem Aufbau, wenn sie zum Beispiel unter Klimastress sind oder nicht mehr ausreichend Nährstoffe zur Verfügung stehen? Biologen, die sich mit solchen Fragestellungen beschäftigen, sind in der Terahertz-Technologie üblicherweise nicht sonderlich bewandert. Andersherum müssen Terahertz-Expertinnen und -Experten bei Fragen aus den Tiefen der Biologie meist passen. Das Netzwerk terahertz.NRW soll die Terahertz-Forschung daher nun mit anderen Fachbereichen verknüpfen: Somit können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Fachbereichen von der Terahertz-Technologie profitieren. Und, um beim Beispiel der Biologie zu bleiben, gemeinsam via Terahertz-Strahlen in die Pflanzen hineinschauen.

terahertz.NRW: Gefördert mit 17,7 Millionen Euro

Gestartet ist das Projekt terahertz.NRW im August 2022, gefördert vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft NRW im Förderprogramm »Netzwerke 2021«. Ziel des Förderprogramms ist es, bereits bestehende Forschungsnetzwerke von Universitäten, Hochschulen für Angewandte Wissenschaften und außeruniversitären Forschungseinrichtungen nachhaltig zu stärken, auszubauen, sie sichtbarer und international wettbewerbsfähiger werden zu lassen. Die Unterstützung ist ab August 2022 auf vier Jahre ausgelegt. Von den 19 Netzwerken, die sich beworben haben, erhielten fünf eine Förderung: terahertz.NRW ist mit 17,7 Millionen Euro das größte Netzwerk, das in diesem Kontext gefördert wird. Beteiligt sind die drei Universitäten Ruhr-Universität Bochum, Universität Duisburg-Essen und Bergische Universität Wuppertal mit insgesamt 25 Instituten sowie von Fraunhofer-Seite das Fraunhofer FHR und Fraunhofer IMS mit insgesamt sechs Abteilungen. Die Federführung liegt beim Fraunhofer FHR.

Im Gegensatz zur üblichen Forschungsförderung steht in terahertz.NRW nicht nur die Forschung an sich im Fokus, sondern das Netzwerk. Bemerkbar macht sich das unter anderem in der Wichtigkeit von Förderprogrammen, für diese werden etwa 25 Prozent der Gesamtsumme eingesetzt. Die Förderung findet unter anderem im Genderbereich statt: Wie bekommt man mehr Frauen in MINT-Bereiche, insbesondere in die Elektrotechnik, wo die Frauenquote derzeit bei 20 Prozent liegt? Auch soll es Stipendiaten geben.

Terahertz-Strahlung: Was steckt dahinter?

Das Ziel des Netzwerkes liegt darin, andere Fachbereiche von der Terahertz-Technologie profitieren zu lassen. Doch was ist eigentlich Terahertz-Strahlung, und wo liegen ihre Vorteile? Von Terahertz-Strahlung spricht man bei einem Frequenzbereich von 100 Gigahertz bis zehn Terahertz, sie liegt also zwischen Infrarotstrahlung und Mikrowellen. Zwar werden entsprechende Strahlen durch die Atmosphäre stark gedämpft, sie haben also keine hohe Reichweite, weshalb sich mit ihnen nicht weit schauen lässt. Jedoch ist die Terahertzstrahlung einer der wenigen Frequenzbereiche, in denen noch große Frequenzbandbreiten zur Verfügung stehen, auch ist die Strahlung physikalisch recht interessant. So findet man mit Terahertzstrahlung Absorptionslinien von Gasen und Feststoffen. Radioastronomen interessieren sich seit eh und je für diesen Frequenzbereich, da die kosmische Hintergrundstrahlung zu großen Teilen hier liegt. Auf der Erde sind Anwendungen im Terahertzbereich äußerst interessant, bei denen es nicht um große Reichweiten, sondern um Bandbreite oder Materialcharakterisierung geht. Ein Beispiel ist die Übertragung von Daten aus dem Rechner an einen Monitor, die heute via Kabel geschieht. Bei steigender Auflösung kommt das Kabel jedoch an seine Grenzen, dann könnten Terahertzwellen zum Einsatz kommen – die hohe Dämpfung durch die Atmosphäre ist aufgrund der kurzen Distanzen irrelevant, wogegen die große Bandbreite durchaus attraktiv ist.

In welchen Bereichen bietet die Terahertz-Strahlung einen Mehrwert?

Auch alle weiteren Anwendungen der Terahertzstrahlung beziehen sich auf den Nahbereich: Sei es bei der Medizintechnik, dem Umweltmonitoring, der Materialcharakterisierung, der Kommunikation oder der Lokalisierung. Was die Medizin angeht, so könnten nicht-invasive Terahertz-Sensortechnologien dabei helfen, Gewebe zu klassifizieren, etwa bei Operationen, und mit Endoskopen in den Körper zu schauen, um Krebs zu analysieren und zu entfernen. Im Bereich der Materialcharakterisierung liegt der Fokus auf hochpräzisen Terahertz-Bildgebungssystemen und Material- und Strukturbildgebung in drei Dimensionen. Der Fachbereich Biologie kann durch die Echtzeit-Beobachtung der Transportraten von Nährstoffen unter verschiedenen Umweltbedingungen profitieren – etwa Unterschiede zwischen Tag und Nacht sowie Reaktionen der Pflanzen auf Bodenzusätze oder auf Stress.