Forschungsprojekte – Institut für Mikroproduktionstechnik

Quantum Valley Lower Saxony

Das übergeordnete Ziel des QVLS besteht in dem Aufbau eines Quantencomputers mit 50 Qubit. Das IMPT ist Teil dieses exzellenten Forschungsnetzwerks mit Zugang zu einzigartiger Infrastruktur des gesamten Konsortiums. Das Team ist sowohl national als auch international hervorragend vernetzt und nimmt (neben QVLS-Q1) an wichtigen Kollaborationen, einschließlich des Exzellenzcluster „QuantumFrontiers“ teil. Das IMPT ist Teil mehrerer Teams. In QVLS T2.4 befassen wir uns aufbauend auf unserer Expertise im Bereich der Atomchip-Fertigung mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Atomchips mit der Möglichkeit, ein Glasgehäuse auf der Oberfläche des Atomchips aufzubringen und diesen zu kapseln. In diesem Zuge evaluieren wir die Fügetechniken hinsichtlich der Hermetizität. In einer neuartigen Implementierung dieser Atomchips mit einer Gitter-basierten magneto-optischen Falle soll ferner die Integration eines optischen Gitters in die Atomchip-Oberfläche erfolgen. In QVLS T3.1 entwickeln wir Prozesse und Methoden, um einen Ionenfallen-Chip mitsamt der dazugehörigen Quantenkontrollkomponenten (CMOS-Elektronikchip, aktiver photonischer Chip, passiver optischer Interposer) zu verbinden. Das schließt alle Verbindungen zur Außenwelt (Kabel, Fasern) mit ein. Diese Ionenfallen-Packaging-Lösung wird auf Techniken der 3D-Hybridintegration basieren, um das Stapeln und Bonden von Dies aus Keramik-, Glas- und Siliziumsubstraten auf Waferebene zu ermöglichen. In QVLS T3.3 befasssen wir uns im Zuge der Miniaturisierung des Vakuumsystems und der für den Betrieb des Quantensensors notwendigen Peripherie mit der Evaluierung des Fügens von Glas auf Titan sowie dem Fügen von Komponenten unter UHV-Bedingungen (themo-kompressiv und anodisch). Ferner sind wir an der Entwicklung einer Pumptechnik beteiligt, die zunächst auf Basis von nicht verdampfbaren Gettermaterialien (NEG) ausgeführt werden soll. Weiterhin entwickeln und charakterisieren wir eine Plattform für chip-basierte Atomquellen für die Nutzung in Quantensensoren.

Jahr: 2021

Förderung: VolkswagenStiftung & Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Laufzeit: 2021 - 2025

QCHIP

Am IMPT werden sogenannte Atomchips als Bestandteil von magneto-optischen Fallen für kompakte Materiewelleninterferometer entwickelt. In Kombination mit einer aufwendigen Laserkühlung erzeugen diese Atom Chips Magnetfeldkonfigurationen, um Atome unter Ausnutzung des Zeeman Effekts zu fangen und zu kühlen. Dies stellt den ersten Schritt zur Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats dar, welches als Testmasse für die Interferometrie dient. Um solche hochpräzisen Materiewelleninterferometer im Feld oder an Bord von Satelliten nutzen zu können, soll die Miniaturisierung weiter vorangetrieben werden. Die Anzahl der für die Kühlung notwendigen Laser und Elektronik kann reduziert werden, indem die Oberflächen der Atomchips mit optischen Gittern strukturiert werden. Durch die geschickte Ausnutzung von Beugungseffekten kann somit der Betrieb mit nur einem Laser erfolgen.

Jahr: 2019

Förderung: BMWK

Laufzeit: 2019 - 2026

KACTUS II

Innerhalb des ersten Verbundprojekts KACTUS konnte am IMPT in Zusammenarbeit mit dem Institut für Quantenoptik (IQ) und der Humboldt Universität Berlin (HUB) eine neue Generation Atomchips entwickelt werden, welche sich durch geeignetere Materialien und bessere Fügeprozesse auszeichnen, sodass diese neue Atomchipgeneration sich durch schnelleres Schaltverhalten und bessere Vakuumeigenschaften auszeichnen. Basierend auf dieser neuartigen Plattform sollen im Rahmen von KACTUS II den Atomchips weiterführende Funktionen hinzugefügt werden, welche neben der weitergehenden Miniaturisierung auch eine drastische Reduktion der Komplexität des Gesamtaufbaus zur Folge haben werden. Hierbei steht die Untersuchung neuer Chipmaterialien, die Einbringung mehrerer stromführender Lagen pro Chip und die Verbesserung der optischen Qualität der Spiegelschicht für interferometrische Anwendungen im Vordergrund.

Jahr: 2019

Förderung: BMWK

Laufzeit: 2019 - 2024

Quantum Frontiers

Der Exzellenzcluster QuantumFrontiers vereint die Forschungsstärken der Leibniz Universität Hannover, der TU Braunschweig und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig mit dem Ziel der Entwicklung von neuen Messkonzepten und Sensortopologien, die auf photonischen Systemen, dedizierten Halbleitersystemen, Nanostrukturen, quanten-manipulierten atomaren und molekularen Ensembles, und sogar makroskopischen Objekten basieren. Das IMPT konzentriert sich dabei schwerpunktmäßig auf die Atominterferometrie und ist mit zwei Arbeitsgruppen involviert.

Jahr: 2019

Förderung: DFG

Laufzeit: 2019 - 2025

PhoenixD

Das Exzellenzcluster PhoenixD beschäftigt sich mit der Thematik optische Präzisionsgeräte schnell und kostengünstig mittels additiver Fertigung zu realisieren. Diese Vision vereint Forschende aus den Fakultäten Maschinenbau, Physik, Elektrotechnik Informatik und Chemie der Leibniz Universität Hannover und der TU-Braunschweig. Die Forschenden arbeiten gemeinsam an der Simulation, Herstellung und Anwendung optischer Systeme. Die zurzeit auf Glas basierenden Systeme sind aufwendig, meist per Hand, hergestellt und benötigen teilweise große Bauräume. Die Zusammenarbeit der unterschiedlichen Fachbereiche soll nun ein digitales Fertigungssystem erarbeiten mit denen individualisierte optische Produkte realisiert werden können.

Jahr: 2019

Förderung: DFG

Laufzeit: 2019 - 2025

Kompakte Atomchiptechnologie für den Einsatz unter Schwerelosigkeit (KACTUS)

Ziel des KACTUS Projekts ist eine weitere Miniaturisierung und Weiterentwicklung von wissenschaftlichen Geräten zur Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten, einem makroskopischen Quantenobjekt, in dem sich die Mehrzahl aller Teilchen im gleichen quantenmechanischen Zustand befinden. Diese weisen alle die gleiche Wellenfunktion auf und bilden damit die Grundlage für die Atominterferometrie, bei der die Wellen-Eigenschaften von Atomen analysiert werden, um etwa die Gravitationskonstante zu bestimmen. Konkret soll in diesem Projekt der Aufbau der sogenannten Atomchips verbessert werden.

Jahr: 2017

Förderung: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Laufzeit: 2016 - 2019

InnoVaQ

Die Entwicklung von alltagstauglichen Quantensensoren erfordert einen hohen Miniaturisierungs- und Integrationsgrad des Vakuumsystems. In dem Forschungsprojekt InnoVaQ (Innovative Vakuumtechnologie für Quantensensoren) werden Technologien entwickelt, die es gemeinsam erlauben einen hochkompakten Ultrahochvakuum-Aufbau für einen auf Strontium-Atomen basierenden Quantensensor zu realisieren. Die zunehmende Miniaturisierung im Bereich der Quantensensorik führt langfristig nicht nur zu einer Verkleinerung des Gehäuses, sondern bedingt auch eine Vakuumperipherie in der entsprechenden Größenordnung. Somit wird eine miniaturisierte Pumptechnik benötigt, um kompakte und transportable Quantenmesstechnik zu entwickeln. Hierbei entwickelt das IMPT in Kooperation mit LPKF® ein kombiniertes Gerät, das von dem Funktionsprinzip her einer Ionengetterpumpe ähnelt. Als Kernkomponente dient ein magnetfreier Feldemitter-Ansatz, der die Messungen des Quantensystems nicht beeinflusst. Für die technische Umsetzung des Emitters werden zwei Ansätze verfolgt, zum einen ein Silizium basierter Ansatz (IMPT) und zum anderen ein Glas basierter Ansatz, der mithilfe der LIDE-Technologie gefertigt wird (LPKF®). Die durch das IMPT zu realisierende Pumptechnik beruht auf mikrotechnologisch hergestellten Feldemittern in Form von Spitzen, die mittels eines Trennschleifprozesses gefertigt werden. Diese Technologie wurde von der Leibniz Universität Hannover patentiert und ermöglicht die Herstellung hoch integrierbarer Emitterspitzen, die als Elektronenquellen für die Ionisation in miniaturisierten Ionengetterpumpen fungieren. Wichtig ist, dass in dem entwickelten Vakuumsystem der Druck im Bereich des Ultrahochvakuums (UVH) bei 10-8 bis 10-11 mbar liegt. Für das Erreichen dieses Druckes wird eine Kombination von Vorpumpen und Hochvakuumpumpen benötigt, da ein einstufiges Pumpen von Atmosphärendruck bis ins UHV nicht möglich ist. Nach Erreichen des Zieldrucks soll die in diesem Vorhaben entwickelte miniaturisierte Vakuumpumpe in der Lage sein, den Druck aufrechtzuerhalten und zu messen.

Jahr: 2022

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Laufzeit: 01.01.2022-31.12.2024