Mathematikerin am Matheon entwickelt neue Methoden zur Modellierung "Dünner Filme"

Fast überall dort, wo Materialien beschichtet werden müssen, treten dünne Flüssigkeitsfilme auf. So beispielsweise zur Verminderung von Reibung durch dünne Schmierfilme in Getrieben oder bei Beschichtungen in zahlreichen verfahrenstechnischen Produktionsschritten. Dabei erfordern die neuen Technologien durch zunehmende Miniaturisierung von Bauteilen oder durch steigende Beanspruchungen eine immer bessere Beherrschung der Beschichtungsfilme.

Diese Forschungsrichtung hat sie in den letzten Jahren intensiviert und hat zusammen mit dem Mathematiker Andreas Münch (zur Zeit an der University of Nottingham) eine Forschungsgruppe am Weierstraß-Institut aufgebaut.

Der Schlüssel zur Lösung der äußerst komplexen Probleme ist die Mathematische Modellierung. Dabei ist es wichtig, gezielt solche mathematischen Methoden zu kombinieren und weiterzuentwickeln, die es ermöglichen, ein reales Problem auf ein Modell zu reduzieren, das zum einen auf dem Computer berechenbar ist und zum anderen die wesentlichen Eigenschaften des ursprünglichen Problems erfasst.

Solche Methoden haben Barbara Wagner schon während ihres Aufenthalts in den USA als Doktorandin und Postdoc an renommierten Institutionen wie dem Center for Nonlinear Studies am Los Alamos National Lab. besonders fasziniert und sie hat dort gezielt mit den Koryphäen auf diesem Gebiet zusammengearbeitet. Hiervon profitiert heute ihre Arbeitsgruppe.

So konnte sie zum Beispiel zusammen mit Andreas Münch erstmals die Oberflächenstruktur erklären, die beim unerwünschten Reißen eines nur ein paar hundert Nanometer dünnen Polymerfilms auf Silizium-Wafer entstehen. „Das Zusammenspiel des Flüssigkeitsverhältnis des Polymerfilms und einer äußerst geringen Filmhöhe bringen den so genannten Schlupf an der Polymer/Silizium Grenzfläche zu Tage. Hier spielt er sogar die dominante Rolle“ sagt sie. Diese Ergebnisse haben besonders Kollegen aus der Physik überrascht, die die Ursache dafür bisher woanders vermuteten.

Die neuen Erkenntnisse führten nun zu einer Methode zur Messung der Größe des Schlupf, die anders als bisher im wesentlichen auf der Bestimmung der Oberflächenstruktur beruht.

Aber die Mathematikerin beschäftigt sich in ihren Forschungen nicht nur mit der mathematischen Modellierung von flüssigen Filmen, sondern auch mit der des Kristallwachstums dünner Schichten im Nanometerbereich. Dabei ist ihr immer der gesamte Weg von der Grundlage bis zur Anwendung wichtig. Mit diesem Ansatz ist Barbara Wagner auch eine gesuchte Ansprechpartnerin von Unternehmen. Unlängst reagiert sie darauf mit einem überaus erfolgreichen Industrieworkshop zur „Verfahrenstechnik dünner Flüssigkeitsfilme“.

Ein weiterer Industrieworkshop zu Dünnschichtsolarzellen ist für dieses Jahr im Rahmen des MATHEON geplant. Konzept dieser Industrieworkshops ist es, dass eingeladene Industriepartner ihre Probleme einem interdisziplinären Expertenteam vorstellen, welches dann durch Brainstorming und intensive Zusammenarbeit neue Modellierungsansätze erarbeitet und modernste Verfahren zur effizienten Simulation eruiert. Schon jetzt hat sich gezeigt, dass die dadurch entstandene Zusammenarbeit ganz neue Wege zur Entwicklung neuer Schlüsseltechnologien eröffnet.

Weitere Informationen: Barbara Wagner, Tel. 030 20372 444, Email: wagnerb@wias-berlin.de