ERC Starting Grants für Elektronik-Forschung

In der Elektronikbranche in Deutschland, Österreich und der Schweiz wird an vielem geforscht. Einige besonders auffällige Projekte haben 2025 einen Starting Grant vom European Research Council erhalten. Ein ERC Starting Grant ist eine der  höchstdotierten und prestigeträchtigsten Förderungen der europäischen Forschungslandschaft. Die Gelder sollen herausragende Forscher am Anfang ihrer Karriere dabei unterstützen, ihre eigenen Forschungsgruppen aufzubauen und ihre Forschungsprojekte weiter zu verfolgen. Das einige Elektronik-Forschungs-Projekte, die in DACH 2025 ERC Starting Grants erhalten haben:

6 G, Energieumwandlung und Photonik

“Integrated Sensing and Communication”: Entwicklung von Grundlagen für das 6G-Mobilfunknetz, Dr. Shuangyang Li, Technische Universität Berlin, Deutschland

Für das 6G-Mobilfunknetz wird die Frequenz der elektromagnetischen Funkwellen in bestimmten Grenzen verändert, um das vorhandene Frequenzspektrum möglichst effizient zu nutzen. 

Erschwert wird beides, wenn sich die funkenden Geräte bewegen oder zwischen oder in Gebäuden befinden. Dabei gibt es zwei Phänomene, die als Störeffekte angesehen werden: „Doppler-Effekt“ und „Zeitverzögerung“. Shuangyang Lis Idee ist es, diese Phänomene für das ISAC-Prinzip zu nutzen.

„Kommunikations- und Radaranwendungen, etwa im Auto, wurden in den bestehenden Netzen bisher getrennt entwickelt“, erklärt Li. Das vor kurzem entwickelte Prinzip „Integrated Sensing and Communication“, kurz ISAC, kombiniere nun beide Technologien. So sollen Informationen über ein sich bewegendes Objekt genutzt werden, um die Mobilfunkverbindung zu optimieren. „Wenn wir die Bewegung und die Lage der Mobilfunkgeräte durch die ISAC-Methode genauer bestimmten können, lassen sich diese Effekte in die Berechnungen einbeziehen. Sie stellen dann keine unkalkulierbaren Störungen mehr dar, sondern können zur Unterscheidung verschiedener Ausbreitungswege der Funkwellen benutzt werden”, sagt Li.

“TolleConverter“: Intelligente Energieumwandlung, Juniorprofessor Stefan Mönch, Universität Stuttgart, Deutschland

Stefan Mönch möchte mit seiner Forschung Leistungsverluste bei der Spannungsumwandlung minimieren. Das ist relevant bei erneuerbaren Energiequellen und Batteriespeichern wie in Elektrofahrzeugen. Sie stellen eine bestimmte Spannung bereite, viele Endgeräte benötigen aber eine andere Spannung oder Wechselstrom. Aus diesem Grund wird elektrische Energie auf dem Weg zum Verbraucher durch Leistungselektronik durchschnittlich vier Mal umgewandelt. Bei jeder Spannungswandlung kommt es zu Leistungsverlusten.

Mönchs Lösungsansatz dafür ist der Partial-Power-Processing (PPP)-Wandler. Das Prinzip hinter diesen Teilleistungs-Wandlern erläutert Stefan Mönch an einem Beispiel aus der Elektromobilität: “Um aus einer Energiequelle mit 400 Volt eine Antriebsbatterie im Elektrofahrzeug mit 350 Volt zu laden, hat man bisher die gesamte Leistung mehrfach und auch galvanisch getrennt gewandelt. Beim Partial Power Processing dagegen werden im Beispiel 350 Volt direkt zur Verfügung gestellt und nur die Differenz von 50 Volt, also nur ein Achtel, durch die Leistungselektronik gewandelt, das ist wesentlich effizienter.”

Neuartige Formen von Laser-Frequenzkämmen, Alexander Dikopoltsev, ETH Zürich, Schweiz

Alexander Dikopoltsev erforscht auf dem Gebiet der Photonik neuartige Formen von sogenannten Laser-Frequenzkämmen. Zu den Anwendungsbereichen gehören die optische Datenübertragung, die Lidar-Kartierung sowie Spektroskopieverfahren für die medizinische Diagnostik, die Materialprüfung und Umweltanalysen. Dikopoltsev untersucht, wie Licht und Materie miteinander wechselwirken. Das Licht von Laser-Frequenzkämmen besteht auf vielen einzelnen, präzise abgestimmten Wellenlängen. Derzeit sind zur Erzeugung solcher Frequenzkämme grosse und komplexe Geräte nötig. Dikopoltsev will sie in seinem ERC-Projekt auf winzigen Chips erzeugen.

Robotik

3D-gedruckte Mikro-Roboter für Medizin, Robert Winkler, Technische Universität Graz, Österreich

Robert Winkler möchte Roboter kleiner machen als bisher möglich. Es wird bereits an Miniatur-Robotern gerforscht, die zum Beispiel in der Medizin verwendet werden können, aber bisher sind sie immer noch zu gross und ihre Fähigkeiten zu limitiert. Winkler möchte dieses Problem mit 3D-Nanodruck Technologie lösen. An der Entwicklung dieser Technologie hat er in den letzten Jahren an der TU Graz mitgearbeitet. Dabei werden mit einer Disposition, die von einem konzentrierten Elektronenstrahl erzeugt wird, komplexe dreidimensionale Strukturen gebaut aus individuellen Molekülen, deren individuellen Elemente etwa 50 Nanometer gross sind.

Mit plasmonischen Gold-Antennen, die sich durch spezielles Licht stark erhitzen lassen, könnten sie Tumorgewebe veröden oder Viren und Bakterien abtöten. Andere Modelle möchte er mit einem Container ausstatten, mit dem sich Medikamente transportieren oder Fremdkörper wie etwa Viren einsammeln lassen.

Künstliche Muskeln, Hedan Bai, ETH Zürich, Schweiz

Hedan Bai möchte neuartige Materialien für Roboter entwickeln. Diese Materialien ähneln in ihrer Struktur und Funktion der menschlichen Muskulatur. Sie sollen zahlreiche, einzeln ansteuerbare Antriebselemente enthalten. Dafür verwendet Bai die grosse Bandbreite des Lichts. Sie simuliert damit die “Musklen”, was zu einer überragenden Antriebskapazität führt. Dieses Robotermaterial lässt sich einsetzen zum Beispiel als Bauelement von neuartigen, physisch intelligenten Maschinen oder für die Entwicklung von Robotern, die gefährliche Umgebungen erkunden oder in der Chirurgie eingesetzt werden können.

Quanten-Technologie

Im Bereich der Quanten-Technologie wird an mehreren Projekten gearbeitet, bei denen Forscher mit ultrakalten Atomen arbeiten. Solche Atome sind essentiell für die Entwicklung von Quantencomputern.

Quantencomputer mit ultrakalten Atomen, Konrad Viebahn, ETH Zürich, Schweiz

Der Physiker Konrad Viebahn will in seinem ERC-Projekt einen Quantencomputer entwickeln, der auf ultrakalten Atomen beruht. Er kühlt die Atome also fast auf den Temperaturnullpunkt, nur wenige Millionstel Grad darüber. Viebahn kann dann Rechenoperationen durchführen, indem er zwei Atome an genau denselben Ort bringt und sie quantenmechanisch miteinander wechselwirken lässt. Der Vorteil von Viebahns Ansatz ist, dass er sich leicht skalieren lässt. Das hängt unter anderem damit zusammen, dass Viebahn optische Gitter verwendet, um die Atome zu bewegen. Laut ETH könnte es irgendwann möglich sein, damit auch Millionen von ultrakalten Atomen zum Rechnen zu verwenden.

“CUI: Advanced Imaging of Matter”: Superfluidität mit Quantengasen, Dr. César Cabrera Córdova, Universität Hamburg, Deutschland

Die Forschung von Dr. César Cabrera konzentriert sich auf ultrakalte atomare Gase. Auch diese Systeme werden auf Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt heruntergekühlt. Bei dieser Temperatur werden sie von Quanten-Effekten dominiert und können so als Quanten-Simulatoren verwendelt werden. Cabrera studiert so stark interaktive Systeme und gibt Einblicke in Effekte wie Superfluidität, bei dem Elektrizität ohne Energeiverlust fliesst.

Cabrera möchte nun untersuchen, wie Fernwechselwirkungen zwischen magnetischen Atomen neue Arten von Superfluidität mit topologischen Merkmalen erzeugen. Solche Systeme haben die Eigenschaft, dass sie sich an ihrer Oberfläche anders verhalten als in ihrem Inneren und resistent gegen Störungen sind. Diese Eigenschaft könnte sie für zukünftige Quantentechnologien nützlich machen.

Quanteneigenschaften von grossen Partikeln, Uroš Delić, Technische Universität Wien, Österreich

Wie Dr. César Cabrera Córdova, versetzt auch Uroš Delić Partikel in Zustände,  die nur mit Hilfe der Quantenphysik erklärbar sind. Allerdings macht er das nicht mit Atomen, sondern mit Partikeln, die in den Maßstäben der Quantenforschung riesig gross sind – obwohl sie immer noch zu klein sind, um die mit freiem Auge zu sehen.

Diese Partikel sind noch immer zu klein, um sie mit freiem Auge zu sehen – aber in den Maßstäben der Quantenforschung sind sie riesig groß. Normalerweise zeigen Objekte dieser Größenordnung keinerlei Quanten-Eigenschaften mehr. Uroš Delić konnte aber in den letzten Jahren wichtige Erfolge erzielen, die klar zeigen: Auch solche Partikel lassen sich in Zustände versetzen, die nur mit Hilfe der Quantenphysik erklärbar sind.

Dafür müssen die Teilchen in einem Ultrahochvakuum platziert werden und fast perfekt von der Umwelt abgeschirmt werden. Nur dann besteht Hoffnung, Quanteneffekte nachweisen zu können. Nun möchte Uroš Delić einen Siliziumdioxid-Partikel und ein einzelnes Atom direkt nebeneinander positionieren. “Dann werden wir die beiden über Photonen miteinander interagieren lassen. So kann man untersuchen, wie die Quanteneigenschaften des Atoms mit den Quanteneigenschaften des großen Partikels zusammenhängen, wie sie quantenphysikalisch miteinander verschränkt werden können”, erklärt Uroš Delić laut TU Wien.