Luftverschmutzung mit Halbleitertechnologie messen | Humboldt-Professor J. Daniel Prades

Luftverschmutzung ist eine der größten Herausforderung der Menschheit. Nach Schätzungen der WHO starben 2019 4,2 Millionen Menschen weltweit frühzeitig an den Folgen der Luftverschmutzung im Freien. Eine Art Frühwarnsystem, ein Netzwerk von überall einsetzbaren Sensoren, die in der Lage sind, einzelne Moleküle eines Schadstoffes nachzuweisen, wäre hilfreich für die Gesundheitsprävention und die digitale Datenerfassung.
Tatsächlich hat die Wissenschaft in den letzten Jahren große Fortschritte in der Entwicklung von hochsensiblen Sensoren gemacht, die kleinste Partikel nachweisen können. Sie basieren auf Quanten- und Nanotechnologie. Allerdings gibt es noch einige Hürden zu überwinden, damit diese Sensoren auch jenseits des Labors im Alltag eingesetzt werden können. Bis dato brauchen die empfindlichen Quanten- und Nanosensoren große Laboraufbauten, stabile Umgebungen und sehr viel Energie. Daher sind sie sehr teuer. Vor allem aber fehlen noch Messsysteme, damit die Sensoren in Miniaturformat vergleichbare und verlässliche Ergebnisse liefern.

J. Daniel Prades ist Experte für Sensoren, die auf Nanotechnologie und Quantensystemen von Halbleitern beruhen. Diese Technologien nutzen die Tatsache, dass Materie in Nanogröße ihre Eigenschaft ändert, wenn sie in Wechselwirkung mit kleinsten Größenordnungen zum Beispiel auf Phontonen, auf Lichtpartikel trifft.
Im einstelligen und niedrigen zehnstelligen Nanometerbereich oder bei Halbleitern dominieren Quanteneffekte das Verhalten des eingesetzten Materials. Es gehorcht den Gesetzen der Quantenmechanik, das heißt seine elektrischen magnetischen und optischen Eigenschaften ändern sich. An der Art und Weise wie sich ein Quantensystem ändert, wenn sich Variablen in der Umgebung ändern, zum Beispiel durch die An- oder Abwesenheit eines bestimmten Moleküls oder eines Lichtpartikels, kann von der Veränderung im Quantensystem auch ziemlich genau auf die Veränderungen in der Umgebung geschlossen werden.

In Braunschweig soll J. Daniel Prades in einem Brückenschlag zwischen Halbleitertechnologie und Quantenmetrologie neue Messsysteme entwickeln, die Veränderungen im jeweiligen Quantensystem auslesbar, skalierbar und verlässlich vergleichbar machen. Ziel ist es Sensoren zu entwickeln, die zum Beispiel als Chips mit Nanodraht überall zur Anwendung kommen können. Dieser neue Forschungsschwerpunkt der ubiquitären Metrologie soll zu leicht transportierbaren Quanten- und Nanosensoren führen, die in allen erdenklichen Bereichen zum Einsatz kommen könnten.

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