Am 5. März 2026 wurde am Physikzentrum der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ein neues Ultrahochvakuum-Labor (UHV-Labor) eröffnet, das potenziell wegweisende Forschungsmöglichkeiten im Bereich der Quantenmaterialien bietet. Dieses hochmoderne Labor, das wie ein Elektronenmikroskop arbeitet, ermöglicht es, Materialoberflächen mit einer Auflösung von bis zu zehn Nanometern zu untersuchen und damit tiefere Einblicke in die elektronischen Eigenschaften dieser Materialien zu gewinnen. Uni Kiel berichtet, dass die Kombination von zeit- und energieaufgelöster Photoemissionsspektroskopie entscheidend ist, um die räumliche Verteilung von Elektronen in Quantenmaterialien zu analysieren.

Die Forschungsarbeit im neuen UHV-Labor könnte wichtige Erkenntnisse für Technologien wie Quantencomputer und ultraschnelle Sensoren liefern. Bisher waren die Kieler Forschenden in der Lage, entweder energieaufgelöste Spektroskopie oder hochauflösende Mikroskopie durchzuführen, jedoch nicht beides simultan. Diese neue Einrichtung wurde von den Wissenschaftlern Michael Bauer und Kai Rossnagel eingeworben und ist Teil des Forschungsschwerpunkts KiNSIS (Kiel Nano-, Surface and Interface Science). Finanziert wird die Anlage durch das Großgeräteprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit einer Summe von knapp 800.000 Euro, wobei Schleswig-Holstein und der Bund die Kosten hälftig tragen.

Technologische Hintergründe des Ultrahochvakuums

Ultrahochvakuum wird vor allem in der physikalischen Forschung eingesetzt und ist entscheidend, um Verunreinigungen zu vermeiden und empfindliche Reaktionen zu kontrollieren. Fraunhofer IPT hebt hervor, dass die Technologie sehr anspruchsvoll ist und tiefgehendes physikalisches Verständnis erfordert. Selbst kleinste Undichtigkeiten oder Restgase können die Reinheit und Stabilität gefährden, was die Anforderungen an Materialien und technische Prozesse enorm erhöht.

In der industriellen Produktion kommt Hochvakuum häufig zum Einsatz, beispielsweise in der Fertigung von Mikrochips, Solarzellen, CDs und Blu-rays. Des Weiteren wird das Ultrahochvakuum für innovative Projekte, wie das geplante Einstein-Teleskop zur präzisen Messung von Gravitationswellen, benötigt. Dieses Teleskop wird das größte Ultrahochvakuum-System der Welt darstellen und besteht aus 120 km langen Vakuumröhren.

Interdisziplinäre Kooperationen und zukünftige Entwicklungen

Das neue UHV-Labor am CAU eröffnet nicht nur Türen für interdisziplinäre Kooperationen in der Quantenforschung, sondern bietet auch exzellente Forschungsbedingungen für den wissenschaftlichen Nachwuchs. Die innovative Infrastruktur könnte entscheidend dazu beitragen, neue Materialien und Verfahren für Ultrahochvakuum-Systeme zu entwickeln.

Das Forschungsprojekt „UHV.NRW“, in dem das Fraunhofer IPT und andere Partner aktiv sind, fokussiert sich auf die Entwicklung neuer Materialien für Vakuumkammern, Produktionsverfahren wie Laserschweißen und neue Pumpkonzepte. Ziel ist es, die Effizienz der Vakuumkammern zu verbessern und gleichzeitig kostengünstigere Lösungen zu finden. Die Projektlaufzeit ist von 15. Juli 2025 bis 14. Juli 2028 angesetzt und wird von der EU sowie dem Land Nordrhein-Westfalen gefördert.

Die Synergien zwischen den neuesten Entwicklungen im UHV-Labor der CAU und den Fortschritten im Rahmen von „UHV.NRW“ könnten grundlegend dazu beitragen, die Grenzen der Quantenforschung und der High-Tech-Produktion weiter zu verschieben.