Schichtarbeit – im wahrsten Sinne

Von der neuen Mobilfunkgeneration 5G ist immer dann die Rede, wenn es um das künftige autonome Fahren, neue Handyanwendungen und extrem schnelle Übertragung hoher Datenmengen im Netz bei möglichst geringen Reaktionszeiten geht. In den kommenden Jahren werden die Zahl der Mobilfunkteilnehmer und die erforderlichen Frequenzbandbreiten rapide steigen. Wie muss das Smartphone oder Tablet der Zukunft beschaffen sein, um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten?

Mit dieser Frage befasst sich das interdisziplinäre Projekt „ALOVA“ aus dem Pioneer-Fund-Programm der TU Darmstadt. Die Materialwissenschaftler Patrick Salg und Lukas Zeinar und der Elektrotechniker Dominik Walk forschen seit rund zweieinhalb Jahren an einer passenden technischen Lösung, die eine verlustarme, schnelle Übertragung auch bei steigender Gerätezahl gewährleistet und flexibel auf verschiedene Frequenzbänder reagiert. Fokussiert haben sich die Forscher auf die Weiterentwicklung von Kondensatoren und so genannten abstimmbaren Komponenten, die im Handy für die Signalverarbeitung und Auswahl des Frequenzbandes zuständig sind.

„Unser Kondensator ist steuerbar und reagiert nicht nur auf eine, sondern auf verschiedene Frequenzen“, erklärt Patrick Salg, der als Materialwissenschaftler auf das Fachgebiet Dünne Schichten spezialisiert ist. Neu daran ist vor allem, dass das Bauteil nicht wie üblich aus Gold oder Platin besteht, sondern von den drei TU-Forschern durch leitfähiges Oxid ersetzt wurde. Eine kostengünstigere Variante, die sich mit kleinerer Spannung ansteuern lässt, „was wiederum längere Akkulaufzeiten und weniger Materialdefekte bedeutet“, berichtet Salg.

Die hauchdünnen leitfähigen Schichten und der isolierende Mittelbau ihres Kondensators lassen sich zusammensetzen „wie Legosteine“. Diese derart optimierten Schichten fügen sich besser zusammen und sind für Fehler weniger anfällig. „Eine deutliche Qualitätssteigerung“, betont der Doktorand.

Die innovative Technologie wurde durch die TU Darmstadt international patentrechtlich geschützt, auch aufgrund des großen Marktpotentials. Mit Hilfe des Pioneer Funds wollen die TU-Wissenschaftler aufbauend auf dem vorangegangenen gleichnamigen VIP+Projekt einen optimierten Demonstrator bauen. Wenn ihre Entwicklung funktioniert, ist der EXIST-Forschungstransfer das nächste Ziel.

Der Pioneer Fund, ein gemeinsames Innovationsförderprogramm der TU Darmstadt und des ENTEGA NATURpur Instituts GmbH, fördert die Überführung wissenschaftlicher Ergebnisse in die praktische Anwendung mit jährlich 300.000 Euro. Seit 2016 unterstützt der Fund Projekte in drei Förderlinien, unter anderem in der Programmlinie Activator, aus der dieses vorgestellte Projekt stammt.