Erich-Krautz-Preis

Die Preisträger und Preisträgerinnen

Professor Erich Krautz-Preisträger 2018: Alexander Geiseler

 

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Der Preisträger für das Jahr 2018 ist Alexander Geiseler. Damit würdigen die Stiftung und das Institut für Physik seine exzellenten Forschungsarbeiten, die einen richtungsweisenden Beitrag auf dem Gebiet des Transports selbstangetriebener Brown’scher Teilchen (sogenannter artificial microswimmers) darstellen. Da deren Bewegung zwar „aktiv“, aber in ihrer Richtung primär rein zufällig ist, ist die Steuerung selbstangetriebener Brown’scher Teilchen derzeit ein großes Suchfeld im Hinblick auf deren Einsatz in der Nanorobotik, z. B. als Wirkstofftransporteur für verschiedene biologisch-medizinische Aufgaben.

Anhand eines kombinierten numerischen und analytischen Zugangs beschreibt Alexander Geiseler in seiner preisgekrönten Dissertation umfassend die Dynamik selbstangetriebener Brown’scher Teilchen und zeigt auf, dass der Teilchentransport durch eine räumlich-zeitlich modulierte Antriebsaktivierung kontrolliert werden kann. Gestaltet man die Aktivierung (zum Beispiel Licht einer bestimmten Frequenz) in der Form von periodisch laufenden Intensitätspulsen, so bewegen sich die Teilchen im Mittel entweder in oder entgegen der Ausbreitungsrichtung der Pulse, abhängig von der Pulsbreite und -geschwindigkeit. Durch diesen Effekt können die Partikel, die selbst keinerlei interne Signalverarbeitungsmöglichkeiten besitzen, dennoch auf ausgesandte Signale reagieren und so in ihrer Bewegung gesteuert werden. Dies wurde bereits experimentell durch andere Forschungsgruppen bestätigt. Mit seiner Arbeit hat Alexander Geiseler daher einen wichtigen Grundstein für zukünftige Anwendungsmöglichkeiten selbstangetriebener Brown’scher Teilchen gelegt.

 

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Abbildung: Teilchendrift vx als Funktion der Breite L und der Geschwindigkeit u der Aktivierungspulse. Für langsame und breite Pulse schwimmen die Teilchen entgegen der Ausbreitungsrichtung der Pulse, während sie sich für schnelle oder schmale Pulse mit diesen fortbewegen.

 

Link zur Dissertation

Professor Erich Krautz-Preisträgerin 2017: Birgit Hebler

 

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Der Professor Erich Krautz-Preis 2017 geht an Dr. Birgit Hebler für ihre mit "summa cum laude" bewertete Dissertation "Kopplungsphänomene in ferri- und ferromagnetischen Heterostrukturen". Im Rahmen ihrer Arbeit hat die Preisträgerin  eine systematische Analyse von magnetischen Kopplungssystemen mit einer senkrecht zur Filmebene orientierten Magnetisierungsachse bestehend aus ferri- und ferromagnetischen Schichten durchgeführt.

Zunächst wurden die magnetischen und strukturellen Eigenschaften der Einzelschichtsysteme von ferrimagnetischen TbFeCo-Legierungen und verschiedener ferromagnetischer Schichten (FePtCu-Legierungen, Co/Pt-Multilagen) temperaturabhängig als Funktion der Schichtdicke und Zusammensetzung im Detail untersucht. Die gefundenen Ergebnisse dienten als Grundlage zum Verständnis auftretender Kopplungsphänomene in magnetischen Mehrschichtsystemen. Ein besonderer Fokus wurde auf das Grundverständnis und die Optimierung der unidirektionalen Austauschwechselwirkung (engl.: Exchange Bias Effect), die in gekoppelten Heterostrukturen auftritt, gelegt. Man versteht darunter die Verschiebung der magnetischen Hysterese entlang der Feldachse. Eine Maximierung der auftretenden Austauschfelder ist besonders für die weitere Miniaturisierung von spintronischen Bauelementen von besonderer technologischer Bedeutung.

 

In der vorliegenden Dissertation konnte erstmalig eine doppelseitige Verschiebung der Hysterese in positive und negative Feldrichtung mit extrem hohen Austauschfeldern von mehreren Tesla erzeugt und das Kopplungsverhalten mit Hilfe von elementspezifischen Synchrotron-Messungen sowie mittels einfacher Modelle erklärt werden.

 

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Abbildung: Die in positive und negative Feldrichtung verschobenen Teil-Hysteresen einer Tb18Fe81(10nm)/Tb36Fe64(10nm) Heterostruktur aufgenommen bei 130 K (aus B. Hebler et al., Phys. Rev. B 95, 104410 (2017)).

 

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Professor Erich Krautz-Preisträger 2016: Bernhard Fichtl

 

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Bernhard Fichtl's preisgekrönte Dissertation ist von der Idee inspiriert, dass biologische Grenzschichten, wie zum Beispiel Zellmembranen, die das Grundgerüst allen Lebens bilden, weit mehr sind als semipermeable Barrieren: Sie stellen ein unabhängiges thermodynamisches System dar, das auf Störungen seiner Umgebung mit statischen und dynamischen Zustandsänderungen reagiert. Da ein Großteil der Enzyme in der Natur nicht frei vorliegt, sondern in die Membranen eingebettet ist, stellt sich die Frage, welche Rolle die physikalischen Eigenschaften dieser Grenzflächen für die biochemischen Prozesse der Zelle und damit für das Leben selbst spielen.

In der Arbeit werden die dynamischen Eigenschaften von Lipidmonolagen, welche ein einfaches Membranmodell bilden, analysiert. Dabei wird zum ersten Mal gezeigt, dass mit einer lokalen pH-Erniedrigung propagierende akustische Pulse in Monoschichten erregt werden können. Die Pulse breiten sich mit einer Geschwindigkeit ca. 1 m/s aus und modulieren gleichzeitig alle Variablen der Grenzschicht. So sind die Pulse nicht rein mechanisch, sondern verändern simultan das Oberflächenpotential und den pH-Wert an der Grenzfläche. Weiterhin wird mittels einer lokalen Temperaturänderung illustriert, dass prinzipiell jede Variable der Grenzschicht zur Anregung von Pulsen verwendet werden kann. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird ein neues Modell der Zellkommunikation vorgeschlagen, das auf der Erregung und Ausbreitung von akustischen Pulsen basiert. Anhand der Enzyme Acetylcholinesterase und Phospholipase A2 wird nachgewiesen, dass die Pulse die Funktion von Proteinen (hier die Katalyse) in der Grenzschicht signifikant beeinflussen und somit für die Signaltransduktion in natürlichen Systemen in Frage kommen.

 

Referenzen:

Professor Erich Krautz-Preisträger 2015: Zhe Wang

 

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Low-dimensional quantum magnets provide unique possibilities to study ground and excited states of quantum models, to explore new phases of quantum matter, and to investigate the interplay of quantum and thermal fluctuations. In his dissertation entitled "Terahertz and Infrared Spectroscopy on Low-Dimensional Quantum Magnets", Zhe Wang has studied quantum phase transitions and quantum spin dynamics, and its interplay with lattice and orbital degrees of freedom, in a variety of low-dimensional quantum spin systems in static and pulsed high magnetic fields up to 60 Tesla.

 

In Zhe Wang’s award-winning dissertation, the confinement of spinon excitations, as analogue of the concept of quark confinement, is realized and identified in a spin-1/2 Heisenberg-Ising antiferromagnetic chain, which can be described by a one-dimensional Schrödinger equation. By careful measurement of spin excitations in high magnetic fields, quantum phase transitions are revealed. In the spin-1/2 system, a quantum critical phase is induced by a magnetic field, which is characterized by string excitations and fractional spin excitations that emerge above the phase transition. In a spin-1 antiferromagnetic chain, where the Haldane phase is realized as the ground state, Ising- and XY-type antiferromagnetic phases are observed above their respective field-induced quantum phase transitions.

 

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Professor Erich Krautz-Preisträger 2014: Thomas Bauer

 

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In seiner Dissertation mit dem Titel "Nichtlineare dielektrische Spektroskopie zum Nachweis von Kooperativität und Heterogenität in glasbildenden Flüssigkeiten" hat Thomas Bauer dielektrische Experimente bei extrem hohen Spannungen durchgeführt, um nichtlineare Beiträge zur dielektrischen Permittivität am Glasübergang zu bestimmen. Nach theoretischen Vorhersagen erlauben nichtlineare Suszeptibilitäten Aussagen zu kritischen Längenskalen am Glasübergang, die experimentell sonst sehr schwer oder gar nicht zugänglich sind. Es ist Herrn Bauer gelungen, durch höchste Experimentierkunst und Originalität der Messungen nichtlineare dielektrische Experimente mit bisher nicht erreichbarer Präzision durchzuführen. Damit gelang ihm unter anderem der Nachweis des theoretisch vermuteten Zusammenhangs von intermolekularen Korrelationen, d. h. gemeinsame Teilchenbewegung, mit der Viskosität am Glasübergang (siehe Schaubild).

 

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Abbildung: Mit sinkender Temperatur gibt es immer größere Bereiche (farbig markiert) in der glasbildenden Flüssigkeit, in denen sich die Teilchen gemeinsam bewegen. Dadurch erhöht sich die Viskosität kontinuierlich.

Die zentralen Ergebnisse von Thomas bauers Dissertation führten zu zwei Publikationen in Physical Review Letters, wobei die zweite Arbeit [1] international als essentieller Beitrag zur Physik der Gläser gilt und in einem Viewpoint [2] unter dem Motto "Clearing up the Mysteries of Glassy Dynamics" diskutiert wurde.

 

Referenzen:

  • [1] Th. Bauer et al., Phys. Rev. Lett. 111, 225702 (2013)

  • [2] G. Biroli and J.-P. Bouchaud, Physics 6, 128 (2013)

Professor Erich Krautz-Preisträger 2014: Manuel Presnitz

 

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Mit der Verleihung des Krautz-Preises würdigen die Stiftung der Universität Augsburg und das Institut für Physik Manuel Presnitz' herausragende Dissertationsarbeit, in der in beeindruckender Weise seine umfangreichen "Untersuchungen an Materialien mit niederdimensionalen Eigenschaften" zusammengefasst sind. Der Fokus der Arbeit war die Bestimmung und Analyse der elektronischen und magnetischen Strukturen niederdimensionaler Hybridmaterialien wie (i) metallorganische Perowskite und (ii) Dichalcogenide sowie (iii) molekulare anorganische Radikale. Ziel war es, ein besseres Verständnis darüber zu erlangen, wie sich multi-funktionelle Materialeigenschaften in Hybridmaterialien durch eine Reduktion der Dimensionalität systematisch generieren lassen und welche physikalischen und chemischen Kontrollparameter dabei die entscheidende Rolle spielen. Als Beispiel ist die Struktur von polymerem Methyltrioxorhenium (MTO) im unteren Bild dargestellt.

 

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Manuel Presnitz hat sowohl sowohl detaillierte theoretische als auch hoch-präzise experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Mithilfe aufwändiger Rechnungen auf der Basis der Dichtefunktionaltheorie war es z. B. für MTO und poly-MTO möglich, den zweidimensionalen Charakter der elektronischen Eigenschaften zu identifizieren.

 

Seine magnetischen Studien zu den magnetischen Eigenschaften des Diradikals (CNSSS)2
[5,5'-Bis-(1,2,3,4-trithiazolium)] verknüpfen experimentelle ESR- und Magnetometermessungen mit verschiedenen quantenchemischen Modellen und führen schließlich zur Entwicklung eines Spinmodells für das Diradikal in verschiedenen Festkörpermatrizen. Mit umfangreichen Instrumentier- und Programmierarbeiten an einem kommerziellen SQUID-Magnetometer hat er außerdem die Voraussetzungen zur Untersuchung der supraleitenden Eigenschaften metall-organischer Interkalationsverbindungen, wofür außerordentlich präzise magnetische Messungen bei sehr kleinen und verlässlich reproduzierbaren Magnetfeldern (B ≤ 200 G) nötig sind, geschaffen.

Professor Erich Krautz-Preisträgerin 2013: Julia K. Kraus (geb. Wagner)

 

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Mit der Verleihung des Krautz-Preises würdigen die Stiftung der Universität Augsburg und das Institut für Physik Julia Kraus' systematische und umfassende Untersuchungen der physikalischen und strukturellen Eigenschaften organischer Heterostruktursolarzellen.

 

Die Herausforderung bei organischen Halbleitern für Anwendungen in der Photovoltaik liegt in der exzitonischen Natur der optischen Anregungszustände. Daher ist für eine effiziente Ladungstrennung die Kombination von zwei Komponenten mit unterschiedlichen Elektronenaffinitäten und Ionisationspotentialen - einem Elektronendonor und einem Elektronenakzeptor - notwendig. Gleichzeitig muss diese D/A-Grenzfläche innerhalb der Lebensdauer der Exzitonen erreicht werden, was insbesondere bei Exzitonendiffusionslängen im Nanometerbereich gewisse Herausforderungen an die Schichtmorpologie eines derartigen Heteroübergangs mit sich bringt. Vor allem bei aus der Lösung aufgebrachten Polymerschichten hat sich dabei das Konzept der Volumenmischung durchgesetzt, bei molekularen Materialien, wie sie von Frau Kraus untersucht wurden, ist das Rennen zwischen beiden Konzepten - Mischung und planarer Heteroübergang - im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Zellen derzeit noch offen.

 

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Gerade vor diesem Hintergrund haben die Untersuchungen von Julia Kraus sowohl im Hinblick auf die Entwicklung eines besseren Verständnisses für die physikalischen Prozesse sowie die Maßschneiderung organischer Heterostrukturen zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Bauelemente eine sehr große Bedeutung. Ihre Herangehensweise ist dabei sehr systematisch und gleichzeitig umfassend. An Hand eines prototypischen Modellsystems bestehend aus dem molekularen Donor Diindenoperylen und dem Fulleren C60, die in dieser Kombination erstmals eingesetzt wurden, entwickelt sie ein ganzheitliches Verständnis aller relevanten Grenzflächen in einem derartigen Bauelement. Von besonderer Bedeutung ist natürlich die aktive Donor-Akzeptor-Grenzfläche; daneben werden aber auch beide Elektrodengrenzflächen sowie der Volumentransport durch den organischen Halbleiter untersucht.

 

Referenz:

  • J. Wagner et al., Adv. Funct. Mater. (2010)

Professor Erich Krautz-Preisträger 2011: Markus G. R. Sause

 

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Mit der Verleihung des Krautz-Preises würdigen die Stiftung der Universität Augsburg und das Institut für Physik Markus Sause's hervorragenden Forschungsarbeiten, die einen grundlegenden Beitrag für das Feld der Schallemissionsanalyse liefert und insbesondere bahnbrechend für Erforschung der Schallemission von faserverstärkten Materialien ist.

 

Entscheidend für die Verbesserung von hybriden Materialien, wie z. B. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), ist die Entwicklung neuer Materialien, Bauweisen und Fertigungstechnologien. Das volle Potential lässt sich dabei aber nur ausspielen, wenn eine gesicherte Versagensvorhersage getroffen werden kann. Hier bietet die Schallemissionsanalyse einzigartige Möglichkeiten, um während der Belastung eines Bauteils eine Aussage über den Schädigungsfortschritt zu treffen.

 

 

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Für diesen Zweck hat Markus Sause auf experimenteller Seite methodische Verfahren entwickelt, um eine Unterscheidung bestimmter Versagensmechanismen zu ermöglichen. Im Rahmen der Arbeit wurde ein neuer Ansatz für parameterbasierte Mustererkennung erarbeitet und in der Anwendung auf Faserverbundwerkstoffe etabliert. Hierbei wird in einem automatisierten Prozess ein Bewertungsschema durchlaufen, welches ohne vorherige Annahmen über die Struktur des Datensatz eine optimale Einteilung der Signale vornimmt. Dadurch können im nächsten Schritt diese Signalklassen durch Verwendung von Mikroskopie oder Finite-Elemente-Simulationen mit bestimmten Schadensmechanismen in Faserverbundwerkstoffen korreliert werden. Dazu werden erstmalig innerhalb eines eigens entwickelten Softwareprogramms gemittelte Frequenz-Zeit Diagramme errechnet und für die Korrelation verwendet.

 

Um ein tiefergehendes Verständnis der Aussagekraft von akustischen Wellen über die Vorgänge im Material zu erreichen, wurden innerhalb der Dissertation auch neue Ansätze zur Modellierung von Schallemissionsquellen verfolgt.

Professor Erich Krautz-Preisträger 2010: Martin Eckstein

 

privat

Für den Krautz-Preis nominiert wurde Martin Eckstein für seine herausragenden theoretischen Untersuchungen von stark korrelierten Modellsystemen außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts. Unter anderem untersuchte er anhand des Hubbard-Modells, wie sich Vielteilchensysteme zeitlich entwickeln, wenn zum Beispiel die Wechselwirkung zu einen bestimmten Zeitpunkt "eingeschaltet" wird. Seine im Jahr 2009 abgeschlossene Dissertation mit dem Titel "Theory of correlated systems out of equilibrium" wurde mit der Bestnote "summa cum laude" bewertet, ebenso seine Leistung in der mündlichen Prüfung. "Es ist selten, dass ein junger Theoretiker mit derartiger Originalität und technischem Können in theoretisch-physikalisches Neuland vordringt", so die Einschätzung seines Betreuers, Prof. Dr. Dieter Vollhardt.

 

Martin Eckstein, geboren am 4. Dezember 1979 in Augsburg, studierte von 2000 bis 2006 Physik im Diplomstudiengang. Schon seine Diplomarbeit, die er 2005-2006 am Lehrstuhl Vollhardt anfertigte, war einem "korrelierten" Thema gewidmet; sie trägt den Titel "The frustrated Hubbard model on the Bethe lattice - an investigation using the self-energy functional approach".

Nach einer zweijährigen Postdoc-Zeit an der ETH Zürich leitet Martin Eckstein inzwischen (seit Oktober 2011) eine Max-Planck-Forschungsgruppe, die am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg angesiedelt ist.

Professor Erich Krautz-Preisträger 2009: Stefan Paetel

 

Thorsten Naeser

Dr. Stefan Paetel (geb. Thiel), Jahrgang 1979, hat von 1999 bis 2004 an der Universität Augsburg Physik studiert. Das Thema seiner am Lehrstuhl für Experimentalphysik VI geschriebenen Diplomarbeit waren „Transport Measurements on Oxide Heterostructures“. Während seiner anschließenden Tätigkeit als Wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl für Experimentalphysik VI entstand zwischen 2005 und 2008 seine Doktorarbeit mit dem Titel „Study of Interface Properties in LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures“. 2007 erhielt Paetel den THIOX Award der European Science Foundation für ausgezeichnete Forschung im Bereich der Elektronengase in oxidischen Heterostrukturen.
Seit Oktober 2009 arbeitet er am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart, wo er Möglichkeiten der Optimierung von Solarzellen erforscht.

 

EPVI

Die Augsburger Universitätsstiftung und das Institut für Physik würdigen mit dieser Auszeichnung Paetels „Aufsehen erregende Leistungen zur Erforschung zweidimensionaler Elektronensysteme in oxidischen Heterostrukturen“. Konkret ist es Paetel in seiner summa cum laude-Dissertation gelungen, mit atomarer Präzision Schichten aus Isolatoren so zu stapeln, dass an der Grenzfläche leitfähige, zweidimensionale Elektronensysteme mit neuen elektronischen Eigenschaften entstehen. Er konnte diese Systeme strukturieren, ihre Eigenschaften messen und damit entscheidende Fortschritte beim Verständnis der Funktion der neuen Elektronensysteme erzielen.

Professor Erich Krautz-Preisträger 2008: Jörn Dunkel

 

privat

Für den Krautz-Preis nominiert wurde Jörn Dunkel „nicht nur auf Grund seiner höchst anspruchsvollen und einmalig beeindruckenden Leistung im Rahmen seiner summa cum laude-Promotion mit dem Titel »Relativistic Brownian Motion and Diffusion Processes« sondern auch auf Grund seines breiten Wissens in vielen anderen aktuellen Gebieten der theoretischen Physik, wegen seiner integeren Persönlichkeit und wegen seines Ausnahmepotentials als zukünftiger Forscher und Hochschullehrer. Dunkel verfüge über ein sehr tiefes Verständnis für komplexe physikalische Zusammenhänge und zugleich über ein umfangreiches mathematisches Können und Wissen, das nötig sei, um diese herausfordernden Fragestellungen zur relativistischen Brownschen Bewegung und relativistischen Thermodynamik mit Erfolg zu bearbeiten. Die von ihm erzielten Ergebnisse seien ohne Zweifel richtungweisend für die Wissenschaftsgemeinde, originell und höchst aktuell.“

 

Dr. Jörn Dunkel ist anschließend an seine Augsburger Promotion im Oktober 2008 auf eine Postdoc-Stelle an das Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics der Universität Oxford gewechselt. In der Gruppe von Prof. Dr. Julia Yeomans befasst sich dort mit der statistischen und hydrodynamischen Modellierung bakterieller Mikrosysteme im Bereich kleiner Reynolds-Zahlen. Parallel dazu arbeitet er weiterhin mit der Arbeitsgruppe seines Doktorvaters Hänggi an der Universität Augsburg zusammen, um aus seiner Dissertation hervorgegangene Fragestellungen zu relativistischen Diffusionsprozessen und zur relativistischen Thermodynamik weiter zu untersuchen. Eine erste einschlägige Arbeit wurde bereits zur Publikation eingereicht, eine weitere ‒ in Zusammenarbeit mit Stefan Hilbert (Max-Planck-Institut für Astrophysik Garching/Universität Bonn) ‒ steht kurz vor dem Abschluss.

 

Die Forschungsergebnisse, mit denen Dunkel am Augsburger Physik-Institut promoviert hat, sind kürzlich auch von der renommierten Zeitschrift "Nature Physics" aufgegriffen worden. Den Inhalt seines Preisvortrags fasste er folgendermaßen zusammen:

 

„Die konsistente Einbettung thermodynamischer Konzepte in die Einsteinsche Relativitätstheorie wird jedoch seit mehr als 100 Jahren kontrovers diskutiert. Das grundsätzliche Ziel der Thermodynamik besteht darin, ausgedehnte physikalische Systeme mittels weniger globaler Kenngrößen (z.B. Energie, Volumen oder Temperatur) zu beschreiben. Im Rahmen der Relativitätstheorie erweist sich eine derartige Charakterisierung als problematisch. Dort verlieren beispielsweise Aussagen wie »die Energie oder die Länge eines Körpers zum Zeitpunkt« an Eindeutigkeit, da gemäß der Relativitätstheorie der Zeitbegriff vom Bewegungszustand des Beobachters abhängt. Im ersten Teil des Vortrags werden traditionellen Formulierungen der relativistischen Thermodynamik und ihre Probleme zusammengefasst. Anschließend wird ein alternativer Zugang diskutiert, bei dem thermodynamische Größen »photographisch« ‒ also auf der Basis von Lichtkegeln ‒ definiert werden. Im Gegensatz zu den traditionellen Formulierungen, die üblicherweise auf dem Begriff der Gleichzeitigkeit aufbauen, lässt sich diese »photographische Thermodynamik« prinzipiell problemlos auf die Allgemeine Relativitätstheorie erweitern und liefert zudem experimentell zugängliche Vorhersagen. Im letzten Teil des Vortrags sollen noch kurz relativistische Verallgemeinerungen des Brownschen Bewegungskonzepts vorgestellt werden.“

Professor Erich Krautz-Preisträger 2007: Thomas Frommelt

 

privat

Dr. Thomas Frommelt, Jahrgang 1978, hat von 1998 bis 2003 an der Universität Augsburg Physik mit Nebenfach Informatik studiert. Thema seiner am Lehrstuhl für Experimentalphysik IV (Prof. Dr. Bernd Stritzker) für die AFS Entwicklungs + Vertriebs GmbH geschriebenen Diplomarbeit war „Der Plasmajet als dielektrische Barrierenentladung und Beschichtungsanlage“. Während seiner anschließenden Tätigkeit als Wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl für Experimentalphysik I (Prof. Dr. Achim Wixforth) entstand zwischen 2003 und 2007 seine Doktorarbeit, die im vorigen Jahr auch bereits mit dem Universitätspreis der Gesellschaft der Freunde der Universität Augsburg ausgezeichnet wurde. Für seinen Vortrag über „Vortex engineering with surface acoustic wave fluidics“ erhielt Frommelt bei der Konferenz des DFG Schwerpunktprojekts 1164 „Nano- und Mikrofluidik“ den ersten Preis. Bereits seit Beginn seines Studiums betreibt Frommelt ein eigenes IT-Unternehmen, seit April 2008 arbeitet er als Projektmanager bei der SGL Carbon GmbH in Meitingen.

 

Die Augsburger Universitätsstiftung und das Institut für Physik würdigen mit dieser Auszeichnung Frommelts „hervorragende Arbeiten zum Mischverhalten mikrofluidischer Flüssigkeitsmengen auf Biochips und deren exakte Modellierung auf Basis eines hoch effizienten Algorithmus“. Konkret ist es Frommelt in seiner summa cum laude-Dissertation gelungen, wesentlich zum Verständnis der Mikro- und Nanofluidik auf Chip-Labors beizutragen und zugleich eine Vielzahl technisch-physikalischer Probleme zu lösen. Die Durchmischung kleiner Flüssigkeitsmengen, die ein entscheidendes Problem auf dem Weg zum Chip-Labor darstellt und die bislang nur diffusiv bzw. über den Umweg sehr komplexer Geometrien möglich war, kann aufgrund des von Frommelt entwickelten Verfahrens wesentlich schneller und einfacher erfolgen.

 

Kleinste Flüssigkeitsmengen verhalten sich völlig anders als die im täglichen Leben gewohnten makroskopischen Fluide. Während man für seinen Kaffee z. B. eine Tasse braucht, stabilisieren sich kleinste Tröpfchen durchaus von selbst, wie der Blick auf eine betaute Wiese oder ein betautes Spinnennetz zeigt. Der Grund für das unterschiedliche Verhalten kleiner und großer Flüssigkeitsmengen liegt in der unterschiedlichen Wichtigkeit der auftretenden Kräfte. Während makroskopische Flüssigkeitsmengen vornehmlich den Gesetzen der Schwerkraft und der Trägheit unterliegen, dominieren bei mikrofluidischen Mengen die Oberflächenspannung und Benetzungsphänomene.

 

Auf der Nanoliterskala erscheinen Flüssigkeiten deswegen zäh wie Honig. Dies hat weitreichende Konsequenzen, wenn man mikrofluidische Flüssigkeitsmengen pumpen, bewegen oder mischen will, denn eine effektive Bewegung und besonders eine effektive Durchmischung kleinster Flüssigkeitsmengen erweisen sich aufgrund die „Zähigkeit“ als schier unmöglich. Und dies wiederum ist ein ganz erhebliches Hindernis auf dem Weg zum sogenannten Chip-Labor, an dessen Realisierung weltweit intensiv geforscht wird. Denn wie von ihren elektronischen Geschwistern, den Mikrochips, erhofft man sich von programmierbaren Miniaturlabors entscheidende Fortschritte in der Mikrobiologie und in der Gentechnik, in der Pharmazie, in der Chemie sowie in der medizinischen Forschung und Diagnostik. Auf einem Chip-Labor nämlich können winzigste Stoffmengen automatisch analysiert und diversen Tests unterzogen werden. Z. B. eine schnelle Diagnose bereits in der Arztpraxis ‒ ohne den Zeit raubenden Umweg durch ein Großlabor ‒ rückt mit der Entwicklung solcher Chip-Labore in greifbare Nähe. Aber auch für viele andere Anwendungen bieten sich Biochips an: Um etwa Mikroben und Viren zu identifizieren werden sie heute schon in der Lebensmittelkontrolle und zur Prüfung der Wasserqualität eingesetzt.

 

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Frommelt hat nun einen neuartigen Pump- und Mischmechanismus entwickelt, der der hinderlichen „Zähigkeit“ kleinster Flüssigkeitsmengen gewissermaßen keine Chance lässt und somit einen großen Schritt in Richtung Chip-Labor darstellt. Dieser Mechanismus beruht auf der Wechselwirkung zwischen nanoskopisch kleinen Erdbeben ‒ sogenannten akustischer Oberflächenwellen ‒ und ebenso nanoskopisch kleinen Flüssigkeitsmengen auf dem Chip. Wie ein Ultraminiatur-Tsunami durchwirbeln und bewegen diese Nanobeben die winzigen Tröpfchen und Flüssigkeitsfilme. Die Beben werden von Mikroelektroden angeregt, an die ein Hochfrequenzsignal angelegt wird. Verwendet man zwei solcher Epizentren, so gelingt es sogar, eine quasi chaotische Mischung zu erreichen, die besonders schnell zum gewünschten Ergebnis führt.

 

Über diesen Fortschritt im Bereich der technischen Anwendung hinaus ist es dem Experimentalphysiker Frommelt gelungen, durch die Entwicklung ausgefeilter numerischer Algorithmen auch beim theoretischen Verständnis einen gewaltigen Schritt vorwärts zu machen und einen wichtigen Beitrag zur Beschreibung der Gesetze der Mikro- und Nanofluidik zu leisten, die sich wieder aufgrund der gegenüber der „normalen“ Makrowelt deutlich veränderten Randbedingungen als sehr schwierig erweist. Es gibt derzeit praktisch noch keine Möglichkeit, das Verhalten kleinster Flüssigkeitsmengen z. B. auf einem Biochip ab initio zu erklären, und auch bei Modellierung und Theorie sind dementsprechend viele Fragen offen. Mit seinem „raytracing-Verfahren“ hat Frommelt im Rahmen seiner Forschungen nun auch ein Simulationswerkzeug zur Lösung vieler dieser offenen Fragen entwickelt, mit dem ein handelsüblicher PC die Aufgabe der hydrodynamischen Simulation komplexer mikrofluidischer Strömungen, die bislang kaum zu bewältigen schien, in unerreicht kurzer Zeit schafft.

Richtlinien zur Verleihung des Professor Erich Krautz-Preises

Richtlinien zur Verleihung des
Professor Erich Krautz-Preises
zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses
im Institut für Physik der Universität Augsburg

 

Diese Richtlinien regeln, auf der Basis des Testaments von Prof. Dr. Erich Krautz aus Friedberg vom 23.09.2001, das Verfahren zur Vergabe des Professor Erich Krautz-Preises für die hervorragendste Dissertation, die im Institut für Physik angefertigt worden ist. Der Preis wird aus den Erträgen der Erich Krautz-Stiftung in der Stiftung der Universität Augsburg finanziert.

 

  1. Der Professor Erich Krautz-Preis wird jährlich – beginnend mit dem Jahr 2007 – zum Jahresende vergeben. Die Preisverleihung findet zu Beginn des darauf folgenden Jahres statt.
  2. Der Preis besteht aus
    a. einem Stiftungspreis in Höhe von 2.500 € für die hervorragendste Dissertation, die im Zeitraum vom 1.10. des Vorjahres bis zum 30.9. des Jahres der Preisvergabe abgeschlossen wurde; Stichtag ist der Tag der mündlichen Prüfung,
    b. einem Forschungspreis für Anschaffungen im Zusammenhang mit den Forschungen des Preisträgers / der Preisträgerin, sofern dieser / diese weiterhin – für mindestens sechs Monate ab dem Tag der Preisverleihung – im Institut für Physik wissenschaftlich tätig ist, sowie
    c. einer Urkunde.
  3. Die Höhe des Forschungspreises zu 2.b ergibt sich aus den Zinserträgen, die im Vorjahr (Kalenderjahr) aus dem Stiftungsvermögen erwirtschaftet wurden, abzüglich des Stiftungspreises zu 2.a.
  4. Falls der Preisträger / die Preisträgerin nach seiner / ihrer Promotion nicht weiter wissenschaftlich im Institut für Physik tätig ist, fällt der Geldbetrag zu 2.b an den zugehörigen Lehrstuhl. Entsprechendes gilt für den Fall, dass der Preisträger / die Preisträgerin den Forschungspreis nicht ausschöpft.
  5. Die Auswahlentscheidung obliegt einer Auswahlkommission, der alle Lehrstuhlinhaber des Instituts für Physik und der Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät angehören. Die Auswahlkommission wählt ihren Vorsitzenden aus dem Kreis ihrer Mitglieder für zwei Jahre; eine direkte Wiederwahl ist nicht zulässig. Der Kommissionsvorsitzende bestimmt den Sitzungstermin, nach Möglichkeit im Oktober. Bei Stimmengleichheit bei allen Abstimmungen entscheidet die Stimme des Vorsitzenden, der mit dem Dekan zeichnungsberechtigt ist.
  6. Die Auswahl erfolgt auf der Basis von begründeten Vorschlägen. Zu Vorschlägen berechtigt sind alle Professoren und Privatdozenten des Instituts für Physik. Den Vorschlägen(*) sind beizufügen: Lebenslauf, Publikationsliste, Diplom- bzw. äquivalentes Abschlusszeugnis, ein Exemplar der Dissertation, alle Gutachten zur Dissertation, Angaben zur detaillierten Note der mündlichen Promotionsleistung sowie zur geplanten weiteren Tätigkeit des Vorgeschlagenen. Die Mitglieder der Auswahlkommission erhalten vor der Auswahlsitzung ausreichend – mindestens eine Woche – Gelegenheit zur Einsichtnahme in alle Unterlagen.

Beschlossen in der Sitzung der Leitung des Instituts für Physik am 27.04.2006.

 

Prof. Dr. Ulrich Eckern
Geschäftsführender Direktor

 

(*) Anmerkung zum Vorschlagstermin: Es besteht Einvernehmen, dass der Vorsitzende der Auswahlkommission den Termin, zu dem Vorschläge erbeten werden, festlegt und per E-Mail bekannt gibt. (Institutsleitungssitzung, 22.10.2015)

 

Der Stifter: Professor Dr. Erich Krautz

privat

Professor Dr. Erich Krautz wurde am 26.10.1906 in Cottbus geboren. Bereits als Dreijähriger zog er mit seinen Eltern nach Neumünster, es folgte Göttingen und der Eintritt in die Volksschule, eine Privatschule in Azuga (Rumänien) und dort auch die Internierung 1916/17. Weiterer Schulbesuch in Spremberg (unweit Cottbus) ab 1917, dann ebenfalls dort Besuch des Gymnasiums und Abitur 1928 „mit Auszeichnung“. Von 1928 bis 1933 studierte Erich Krautz Physik, Mathematik und Chemie an der Friedrich-Wilhelms-Universität zu Berlin, zu seinen Lehrern in der Physik zählten Planck, von Laue, Nernst, Schrödinger, Debye, Wehnelt, Hettner, Pringsheim, London und Grotrian. Ein Jahr später schloss er das Staatsexamen für das höhere Lehramt erfolgreich ab, 1937 folgte die Promotion zum „Dr. phil.“; die Dissertation trägt den Titel „Über die dielektrischen Eigenschaften einer Reihe chemisch bestimmter fester Stoffe, insbesondere der wichtigsten Metalloxyde und ihrer Verbindungen, bei Hochfrequenz“. Bis zum Kriegsende war Erich Krautz als Physiker und Laboratoriumsleiter bei OSRAM in Berlin tätig. Er erwarb 1945 den „Dr. phil. habil.“ an der Universität Posen, ein Jahr später die Habilitation an der TH Braunschweig sowie 1953 die Ernennung zum apl. Professor.

 

Auch nach dem Krieg setzte Erich Krautz seine Tätigkeit für OSRAM fort: Er war maßgeblich am Aufbau der Forschungslaboratorien für Physik und Chemie in Augsburg beteiligt, deren Direktor er 1955 wurde. Weitere bemerkenswerte Stationen und Ereignisse: Silbermedaille für einen Beitrag über Lumineszenz auf der Weltausstellung in Brüssel (1958), Vorsitzender der Physikalischen Gesellschaft in Bayern (1960-61), apl. Professor an der TH München (1962), o. Prof. für Angewandte Physik und Lichttechnik an der TH Graz (1965), Emeritierung (1977). Insbesondere war es seine Aufgabe an der TH Graz, unter schwierigen Bedingungen ein vollkommen neues Institut aufzubauen, wobei er sich auf dem Gebiet der Materialphysik mit Vorliebe den Metalloxiden, -nitriden und -karbiden widmete. Seine besondere Liebe gehörte aber stets der Feldionen-Mikroskopie. Für seine hohen Verdienste wurde Professor Erich Krautz 1980 das Österreichische Ehrenkreuz für Wissenschaft und Kunst 1. Klasse verliehen.

 

Einige Jahre vor seinem Tode verließ Erich Krautz schweren Herzens Graz und kehrte in die Nähe seiner ehemaligen Wirkungsstätte Augsburg zurück. Professor Krautz war ein stiller Freund des Instituts für Physik. Erst nach seinem Tod haben wir von seiner großzügigen Zuwendung für das Institut für Physik erfahren. Es war charakteristisch für Erich Krautz, dass er ‒ im Alter von 95 Jahren! ‒ sogar das Verfahren der Preisvergabe detailliert festlegte.

 

Prof. Dr. Ulrich Eckern
Vorsitzender der Auswahlkommission (2007-2008)

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