caesar-Mitarbeiterin erhält Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft für Diplomarbeit

Stefani Dokupil wird mit dem Georg-Simon-Ohm-Preis für herausragende Fachhochschulabsolventen ausgezeichnet

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) verleiht den mit 1500 Euro dotierten Georg-Simon-Ohm-Preis jährlich an herausragende Fachhochschulabsolventen. Der Preis soll eine hervorragende, kürzlich abgeschlossene und grundsätzlich der Öffentlichkeit zugängliche Arbeit einer Studentin oder eines Studenten der Physikalischen Technik oder verwandter Studiengänge an Fachhochschulen auszeichnen und so dem Ansporn des physikalisch-technischen Nachwuchses dienen. Stefani Dokupil (28), Mitarbeiterin des Bonner Forschungszentrums caesar und Absolventin der FH Münster, erhält im Jahr 2004 den Preis für ihre Arbeiten über magnetische Schichtsysteme, die als Dehnungssensoren verwendet werden können. Diese hauchdünnen Schichten reagieren auf Verformungen mit einem elektrischen Signal. Die Sensoren könnten in der Medizintechnik eingesetzt werden, zum Beispiel in der Kieferorthopädie oder bei der Fußdruckanalyse.

Hochinteressant sind magnetische Schichtsysteme unter anderem, wenn es um neuartige Arbeitsspeicher für Computer geht. Dokupil befasste sich für ihre Diplomarbeit mit einer anderen Facette dieser Schichten: sie testete deren Einsatzfähigkeit als Messfühler für Druck- und Zugbelastungen. Ihre Studienobjekte waren „Tunnelmagnetowiderstands-Strukturen“. Diese bestehen aus zwei hauchdünnen magnetischen Metallfilmen, die ein Isolator auf Abstand hält. Besonders fein ist die isolierende Zwischenschicht. „Die ist nur etwa ein millionstel Millimeter dick“, sagt Dokupil.

Zwischen den beiden Metallschichten dürfte wegen des sie trennenden Isolators eigentlich kein elektrischer Strom fließen. Wären da nicht die Quantenphysik und ihre bizarren Gesetze. So gibt es bei geeigneten Bedingungen tatsächlich einen schwachen Stromfluss: der Strom „tunnelt“. Ganz entscheidend für den Stromfluss ist dabei die Magnetisierung der beiden Metallschichten. Für eine dieser Schichten wählte Dokupil eine Metallverbindung, deren Magnetisierung sich unter Druck- und Zugkräften verändert. In Fachkreisen werden solche Substanzen „magnetostriktiv“ genannt. Durch die Verbindung von Tunnelmagnetowiderstands-Struktur und magnetostriktivem Material entsteht ein elektronisches Bauelement, mit dem sich mechanische Belastungen äußerst feinfühlig nachweisen lassen. Als Messsignal dient der elektrische Widerstand, der mit dem Tunnelstrom gekoppelt ist. Dieser ändert sich, wann immer das magnetostriktive Material auch nur minimal gestaucht oder gedehnt wird.

Im Zuge ihrer Diplomarbeit untersuchte Dokupil, welche Materialien für solche Dehnungssensoren in Frage kommen. Gut geeignet scheint eine Legierung aus Eisen und Kobalt. „Für die Herstellung der Sensoren könnte man auf Verfahren zurückgreifen, wie sie bei der Chipproduktion zum Einsatz kommen“, meint sie. Wichtige Utensilien in der Computer-Industrie sind etwa tellergroße Scheiben aus Silizium, so genannte Wafer. „Auf solch einem Wafer ließen sich rund 10.000 Sensoren unterbringen“, schätzt Dokupil. „Somit wäre eine Massenfertigung möglich.“ Bis dahin ist jedoch noch einiges an Forschungsarbeit nötig. Allerdings sind die bisherigen Ergebnisse so viel versprechend, dass die Industrie das Projekt unterstützt. Mögliche industrielle Anwendungen der Dehnungsfühler sieht Dokupil in der Medizintechnik und auch in der Automobilbranche.

Stefani Dokupil ist gelernte Krankenschwester. Außerdem studierte sie Physikalische Technik an der FH Münster und verband dies mit einem Praxissemester in der Forschungsabteilung der Medizintechnikfirma JOMED in Kalifornien. Ihre Diplomarbeit fertigte sie beim Forschungszentrum caesar an. Inzwischen ist sie Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der caesar-Arbeitsgruppe „Smart Materials“.

Das internationale Forschungszentrum caesar (center of advanced european studies and research) hat 1999 die Arbeit aufgenommen. Mit inzwischen ca. 200 Mitarbeitern forschen interdisziplinäre Teams in den Bereichen Materialwissenschaften/ Nanotechnologie, Medizintechnik und Biotechnologie. Forschung und industrielle Anwendung gehen Hand in Hand: caesar entwickelt innovative Produkte und Verfahren und unterstützt die Wissenschaftler bei Firmenausgründungen.

Sollten Sie Fragen haben, wenden Sie sich bitte an:
Forschungszentrum caesar, Frau Francis Hugenroth
Ludwig-Erhard-Allee 2, 53175 Bonn
Telefon: 0228 / 96 56-135
Fax: 0228 / 96 56-111
E-Mail: hugenroth@caesar.de