Forschungsinfrastrukturen im Blick

Universität und Politik im Diskurs: Laura Kraft, Bundestagsabgeordnete der GRÜNEN für den Wahlkreis Siegen-Wittgenstein, besuchte das Department Physik. Die Universität Siegen ist ihr vertraut. Sie studierte und arbeitete als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der heimischen Uni.

Auf Einladung von Prof. Dr. Christian Gutt besuchte Laura Kraft das Department Physik, um über die Bedeutung der Forschung mit Großgeräten für die Universität Siegen zu diskutieren. Laura Kraft, eine Alumna der Uni Siegen, ist seit 2021 Bundestagsabgeordnete der GRÜNEN. Sie ist Obfrau im Ausschuss für Forschung, Technologie und Technikfolgenabschätzung des Deutschen Bundestages. Am Emmy-Noether-Campus erwartete Laura Kraft ein volles Programm mit zahlreichen Diskussionen mit Wissenschaftler:Innen, Vorträgen und einer Laborführung.

„Es hat mich sehr gefreut, dass Frau Kraft unserer Einladung gefolgt ist“, so Prof. Christian Gutt. „Unsere Diskussion hat einen weiten Bogen gespannt von neuen, geplanten Forschungsanlagen wie PETRA IV am DESY in Hamburg oder BESSY III in Berlin, über die Finanzierung der universitären Forschung am Department Physik durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis hin zur Nationalen Forschungs-Daten Infrastruktur (NFDI). Es war uns wichtig zu zeigen, wie stark die Universität Siegen an den nationalen und internationalen Großforschungsanlagen engagiert ist. Eine verlässliche Entwicklung dieser Infrastrukturen ist für die deutsche Universitätslandschaft von großer Bedeutung.“

In einer Diskussionsrunde hatten Nachwuchswissenschaftler:innen aus dem Department Physik die Gelegenheit, ihre Forschungsprojekte mit Laura Kraft zu diskutieren. Dabei ging es um Forschung im Bereich von neuartigen 2D-Materialien, Solarzellen, Proteinen bis hin zu neuen Entwicklungen im Bereich der Physik der Informationstechnologien. Auch die Nutzung von KI-Methoden zur Analyse der großen Datenmengen und die Bereitstellung der Daten in Repositorien der NFDI und die FAIR Prinzipen wurden diskutiert. Dr. Özgül Öztürk von der Uni Siegen betonte: „Das DAPHNE4NFDI Projekt in Siegen ist wichtig, denn es hilft unsere großen Mengen an Forschungsdaten allen zugänglich zu machen und somit ideal weiter zu verwerten.“

Prof. Alexander Lenz stellte in einem Vortrag das Department Physik mit seinen Vertiefungsrichtungen Teilchenphysik, Festkörperphysik und Quantenphysik und den vom Department angeboten Studiengängen vor. „Grundlagenforschung ist wichtig für die Physik in Siegen – hier sind wir besonders erfolgreich“, betonte Prof. Lenz.  Nach einer Einführung in die Fragestellungen der Forschung in der Teilchenphysik ging es auch hier um die Förderung der großen Experimente am CERN durch das BMBF und Maßnahmen im Bereich der Öffentlichkeitsarbeit. Laura Kraft zeigte sich beeindruckt von den vielen Veranstaltungen wie z.B. Physik im Apollo und freute sich über eine Einladung durch Prof. Lenz zur nächsten Veranstaltung in diesem Jahr.

Der Besuch wurde abgerundet mit einer Laborführung in der AG von Prof. Christof Wunderlich und der Besichtigung des Siegener Quantencomputers.  „Der erste deutsche Quantencomputer steht in Siegen – das ist eine Besonderheit, für Siegen ebenso wie für NRW“, sagte Prof. Wunderlich vom Lehrstuhl für Experimentelle Quantenoptik. „Am Beispiel des Quantencomputers kann man gut ablesen, wie wichtig Investitionen in die Grundlagenforschung sind.“

Prof. Fleck, Prodekan für Forschung der Fakultät IV, zeigte sich zufrieden mit dem Besuch. „Der Dialog zwischen Forschung und Politik ist notwendig. Es ist wichtig zu zeigen, an welcher Stelle politische Entscheidungen zur Forschungsförderung direkt die Universität Siegen betreffen. Wir freuen uns über das große Interesse von Frau Kraft an der Universität Siegen.“

Laura Kraft erklärte: „Es war spannend zu sehen, dass die Universität Siegen so erfolgreich in vielfältige internationale und nationale Forschungsprojekte involviert ist. Ich freue mich bereits auf einen weiteren Besuch, um die Diskussion weiterzuführen.“

Neue studentische Mitglieder in den Fakultätsrat gewählt

Sören Roller, Justus Weyand und Jan Schweitzer vertreten ab sofort die Gruppe der Studierenden im Fakultätsrat der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät.

Die neuen Mitglieder lösen Seda Yilmaz und Ngazëllim Ramiqui ab, die im vergangenen Jahr die Belange der Studierenden vertreten haben.

Vielen Dank an alle für die Mitarbeit im Fakultätsrat!

Leuchtkraft der Quantenpunkte

Prof. Dr. Claudia Wickleder beschäftigt sich mit den optischen Eigenschaften von Nanokristallen. Für die Anwendung in neuartigen Displays, Sensoren und als Tumor-Marker ist die Leuchtkraft dieser sogenannten Quantenpunkte bedeutsam. Gemeinsam mit dem Studenten Moritz Dango arbeitet sie an der Synthetisierung von Quantenpunkten aus Silberverbindungen.

Der Nobelpreis für Chemie ging im vergangenen Jahr an drei Wissenschaftler für deren Arbeiten an Quantenpunkten. Quantenpunkte (englisch: Quantum Dots) gehören zu einem Forschungsgebiet, mit dem sich auch Prof. Dr. Claudia Wickleder an der Universität Siegen beschäftigt. Einer ihrer Studenten, Moritz Dango, hat gerade eine mit dem Alumni-Preis Chemie-Biologie ausgezeichnete Bachelorarbeit zu dem Thema geschrieben. Er wird außerdem mit einem Stipendium im Rahmen des Studienförderfonds der Uni Siegen gefördert. Moritz Dango arbeitet aktuell an der Synthetisierung von Quantenpunkten basierend auf Silber-Sulfid und Silber-Selenid.

Quantenpunkte sind winzige Kristalle aus Halbleitermaterialien. „Wir reden hier von nanoskopischen Strukturen, also von millionstel Millimetern“, so die Professorin der Anorganischen Chemie. Wegen der besonderen optischen Eigenschaften sind Quantenpunkte ideale Materialien für moderne Fernseher (Q-LEDs), aber auch für medizinische oder biologische Sensoren. Zukünftig sind weitere, innovative Anwendungen von Quantenpunkten geplant.

Die optischen Eigenschaften von Q-LEDs interessierten auch Claudia Wickleder. Sie forscht schon lange zu leuchtenden und nachleuchtenden Nanopartikeln. Wichtig sind diese nicht nur für die Industrie, sondern auch in der Medizin. „Quantenpunkte haben den großen Vorteil, dass sie suspendierbar sind, sich also nicht lösen, sondern in Flüssigkeit schweben“, erklärt die Wissenschaftlerin. Sie sind damit injizierbar und als mögliche Tumormarker von Interesse. Quantenpunkte können nämlich Licht emittieren und zwar je nach ihrer Größe in unterschiedlichen Farben.

Um das genauer zu erläutern, zückt Claudia Wickleder Stift und Papier. „Bei den Quantenpunkten bewegen sich Elektronen in einem sehr begrenzten Raum.“ Sie zeichnet Rechtecke mit Punkten darin. „Hier“, sagt sie und ergänzt einige Pfeile. „Wenn hier ein Elektron von einem höheren in einen niedrigeren Energiezustand springt, dann wird Licht ausgestrahlt.“ Sie zeichnet weitere Kästchen in unterschiedlichen Abständen. „Das Spannende ist nun, dass sich, je nachdem wie groß die Abstände der elektronischen Zustände im Quantenpunkt sind, sich die Leuchtfarbe verändert. Große Quantenpunkt senden langwelligen rotes Licht aus, kleine Quantenpunkte strahlen kurzwelliges, blaues Licht ab.“  Quantenpunkte erzeugen somit Licht, dessen Wellenlänge und damit Farbe über die Größe einstellbar ist. Quantenpunkte werden aus unterschiedlichen Verbindungen hergestellt. Die bekannten Materialien beinhalten aber giftiges Cadmium. „Deshalb konzentrieren wir uns – gerade in Hinblick auf die medizinische Nutzung – auf Silber-Chalcogenide.“

Chemiestudent Moritz Dango entwickelt dazu Quantenpunkte aus Silbersulfid und Silberselenid. Diese leuchten im Infrarotbereich und eignen sich daher besonders für medizinische Sensorik, da Gewebe nicht für sichtbares Licht, aber für IR-Strahlung durchlässig ist. Silbersulfid und Silberselenid sind darüber hinaus aufgrund ihrer geringen Toxizität von Vorteil. Während Moritz Dango für Silber-Sulfid bereits weitreichende Erfolge erzielt hat, sind die Forschungen für Silber-Selenid noch nicht abgeschlossen. Schließlich steht ja auch seine Masterarbeit noch an.

An dem Thema möchte Dango gern weiter forschen, auch weil die Möglichkeiten in der Anwendung so vielfältig sind. Quantenpunkte gelten als Schlüsseltechnologie in der Elektronik. Sie können im Bereich der Sicherheitstechnik eine Rolle spielen und sind in der Biomedizin und Umwelttechnik von Bedeutung, so dass Quantenpunkte weltweit Gegenstand intensiver Forschung sind, an der sich auch die Wissenschaftler*innen der Universität Siegen weiter beteiligen.

Forschung für „smarte“ Leitwarten

Wissenschaftler:innen aus Siegen und Trier erforschen gemeinsam, wie Leitwarten mit Hilfe digitaler Technologien „intelligenter“ gemacht werden können. Das Ziel: Die Mitarbeiter:innen in Leitwarten bei ihren verantwortungsvollen Jobs zu unterstützen und zu entlasten.

Leitwarten sorgen dafür, dass im Notfall Feuerwehr und Rettungswagen schnellstmöglich vor Ort sind, dass unsere Strom- und Gasversorgung reibungslos funktioniert – oder auch, dass die Sicherheit im Flug- und Schiffsverkehr sichergestellt ist. Die Menschen, die dort arbeiten, tragen nicht nur viel Verantwortung, sie müssen auch in der Lage sein, innerhalb kürzester Zeit vom Normal- in den Ausnahmebetrieb umzuschalten und dann schnell und korrekt zu agieren. Wie digitale Technologien die Operateur:innen in Leitwarten dabei unterstützen können, erforschen Wissenschaftler der Universität Siegen gemeinsam mit Kolleg:innen der Hochschule Trier im Projekt „PervaSafe Computing“.

„Im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologien hat sich in Leitwarten in den vergangenen 30 Jahren sehr viel getan. Kaum verändert haben sich dagegen die Arbeitsbedingungen der Operateurinnen und Operateure. Sie sitzen in ihren Schichten nach wie vor viele Stunden vor Computerbildschirmen, die Interaktion zwischen Mensch und Computer geschieht klassisch über Maus und Tastatur. Den Bedürfnissen und dem Wohlbefinden der Operateur:innen wird dabei viel zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt“, sagt der Siegener Projektleiter und Experte für Sensorsysteme und Datenverarbeitung, Prof. Dr. Kristof Van Laerhoven.

An der Schnittstelle zwischen Mensch und Technik setzen die Wissenschaftler:innen im Rahmen ihres Projektes an. Sie untersuchen, wie klassische Formen der Interaktion ergänzt werden können, um Leitwarten insgesamt „intelligenter“ zu machen. „Unser Ansatz basiert darauf, mit Hilfe von Sensoren zusätzliche Informationen zu gewinnen, die dabei helfen können, Prozesse besser zu steuern und einzelne Mitarbeiter:innen zu entlasten“, erklärt Jonas Pöhler vom Siegener Projektteam. So lässt sich über eine mit Sensoren ausgestattete Smartwatch beispielsweise der individuelle Stresslevel der Operateur:innen messen. Gleichzeitig werden ihre Bewegungen erfasst, um konkrete Arbeitsschritte und Tätigkeiten nachzuvollziehen. So genannte Eye-Tracker erkennen, wohin genau eine Person auf einem Computerbildschirm blickt.

Die so gewonnenen Daten könnten zukünftig unter anderem dabei helfen, die Arbeitslast innerhalb einer Leitwarte gleichmäßiger zu verteilen: So könnten neue Aufgaben gezielt an Mitarbeiter:innen mit vergleichsweise geringer Stressbelastung gegeben werden. Gleichzeitig ließe sich über die Smartwatches feststellen, wenn eine Mitarbeiterin oder ein Mitarbeiter schläfrig wird. Bewegungsinterventionen könnten in solchen Fällen helfen, die Konzentration wieder herzustellen. Mit den smarten Uhren ausgestattet, wären Operateur:innen auch räumlich flexibler und könnten sich kurzzeitig von ihrem Arbeitsplatz entfernen, ohne dabei etwas zu verpassen. „Wir möchten sogar noch weiter gehen und Konzepte entwickeln, die eine Mitarbeit von Operateur:innen aus dem Homeoffice ermöglichen“, erklärt Van Laerhoven. „Die Leitwarte wäre dann nicht mehr ein spezifischer Raum, sondern eine intelligente Computerumgebung, in der Menschen unabhängig von ihrem konkreten Standort miteinander interagieren.“

In dem Projekt arbeiten die Wissenschaftler:innen eng mit unterschiedlichen Leitwarten zusammen. Eine wesentliche Frage ist dabei, ob die Operateur:innen die Smartwatches als Bevormundung wahrnehmen, oder als Möglichkeit der Unterstützung. „Befragungen haben gezeigt, dass die große Mehrheit gerne bereit ist, neuen Technologien auszuprobieren. Berufsbedingt sind Operateur:innen grundsätzlich technikaffin und haben ein hohes Verantwortungsbewusstsein, deshalb sehen sie die Uhren eher als Unterstützung“, berichtet Pöhler. In der gerade gestarteten zweiten Projektphase möchten die Forscher ihre Ansätze in verschiedenen Leitwarten sowie in realitätsnahen Simulationen testen. „Auf diese Weise möchten wir Modelle entwickeln, mit denen in der Praxis tatsächlich gearbeitet werden kann. Wir möchten aufzeigen, in welche Richtung sich Leitwarten in Zukunft entwickeln können – und die dafür benötigten technologischen Lösungen anbieten“, erklärt Van Laerhoven.

Hintergrund:
Das Projekt „PervaSafe Computing“ läuft bereits seit 2020 und geht jetzt in die zweite Phase. Bis 2026 fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) das Projekt mit weiteren 650.000 Euro, von denen rund 325.000 nach Siegen gehen. Innerhalb der ersten Förderphase (Juni 2020 – Juni 2023) hatte die DFG das Projekt bereits mit insgesamt rund 607.000 unterstützt. Neben Wissenschaftlern vom Siegener Lehrstuhl „Ubiquitous Computing“ von Prof. Dr. Kristof Van Laerhoven sind Informatiker:innen der Hochschule Trier an dem Projekt beteiligt. Projektleiter der Hochschule Trier ist Prof. Dr. Tilo Mentler.

Kontakt:
Prof. Dr. Kristof Van Laerhoven (Uni Siegen, Ubiquitous Computing)
E-Mail: kvl@eti.uni-siegen.de
Tel.: 0271 740-2312

Umhabilitation Dr. Souren Grigorian

Venia legendi für PD Dr. Souren Grigorian

Mit Entscheidung des Fakultätsrats vom 6. Dezember 2024 wurde Herr Dr. Souren Grigorian in die Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät umhabilitiert. Grundlage dafür war seine im Jahr 2015 erlangte Habilitation in Materialchemie an der Université Mulhouse Haute-Alsace.

Herr PD Dr. Grigorian forscht und lehrt im Department Physik. Seine Forschung konzentriert sich auf die Korrelation von Struktur, Morphologie und Leistungsfähigkeit neuartiger funktioneller organischer Materialien. Von besonderem Interesse ist die Charakterisierung konjugierter Polymerfilme auf der Nanoskala. Die wissenschaftliche Arbeit ist hochgradig interdisziplinär und umfasst die Herstellung und Charakterisierung von funktionalen organischen Dünnschichten sowie das Design von organischen Dünnschichttransistoren und Solarzellen.

Am 19. Dezember erhielt Herr PD Dr. Grigorian die entsprechende Urkunde durch den Dekan Prof. Dr. Holger Schönherr.