Licht, Materie, Information Light, Matter, Information
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Licht, Materie, Information Sektion „Mathematik, Natur- und Ingenieurwissenschaften“ Light, Matter, Information Section “Mathematics, Natural Sciences, Engineering” Impressum Legal Information Herausgeber | Publisher: Leibniz-Gemeinschaft Chausseestraße 111 10115 Berlin [email protected] www.leibniz-gemeinschaft.de Präsident | President: Matthias Kleiner Redaktion | Editorial Office: Sabine Brünger-Weilandt (FIZ KA) Michael Hintermüller (WIAS) Franz-Josef Lübken (IAP) Oskar von der Lühe (KIS) Jürgen Popp (IPHT) Matthias Steinmetz (AIP) Bernd Tillack (IHP) Günther Tränkle (FBH/IKZ) Brigitte Voit (IPF) Klaus-Dieter Weltmann (INP) Felix Kießling (Geschäftsstelle) Fotos | Photos: Cover: Hannes Woidich / ISAS 6 / 7: Rainer Weisflog / IHP : Daniel Franz Graphics, Layout 18 / 19: Uwe Bellhäuser / INM Stand | Grafiken,Last Layout Update | : 10/2017 Inhalt Content Einleitung ..................................................................................................................................... 4 Introduction ..................................................................................................................................... 5 I. Kommunikationstechnologien und Mikroelektronik ...................................... 8 I. Communication Technologies and Micro-Electronics .............................................. 9 II. Optik und Photonik ........................................................................................................... 10 II. Optics and Photonics ............................................................................................................. 11 III. Materialforschung und Nanotechnologie ............................................................. 12 III. Materials Research and Nanotechnology ................................................................... 13 IV. Biomedizinische Forschung und Gesundheitstechnologien ....................... 16 IV. Biomedical Research and Health Technologies ........................................................ 17 V. Mathematik und Modellierung .................................................................................... 20 V. Mathematics and Modelling ............................................................................................... 21 und Infrastrukturen ............................................................................................................. 22 VI. Digitaler Wandel, Forschungsdatenmanagement VI. Digital Transformation, Research Data Management and Infrastructures ...................................................................................................................... 23 ............................................................................. 24 VII. Astrophysics and Earth’s Atmosphere ........................................................................ 25 VII. Astrophysik und Erdatmosphäre Die Sektion in Zahlen ............................................................................................................. 28 The Section in Figures ................................................................................................................ 28 Die Leibniz-Einrichtungen der Sektion ........................................................................ 30 Leibniz Institutes of the Section ............................................................................................ 30 4 Einleitung Neue Technologien und Materialien sind essentielle Triebkräfte für den wirt- schaftlichen Fortschritt in einer modernen Industriegesellschaft. Sie sichern - unseren Lebensstandard und helfen uns, den Herausforderungen zu begegnen, sellschaft mit sich bringen. die zum Beispiel die Energiewende, die Digitalisierung oder eine alternde Ge - Die Sektion „Mathematik, Natur- und Ingenieurwissenschaften“ der Leibniz- Gemeinschaft ist ideal aufgestellt, um Herausforderungen wie diese interdiszipli när aufzugreifen und flexible Lösungen anzubieten. Sie leistet nicht nur exzellente für den wissenschaftlichen Austausch zur Verfügung. Ihre Einrichtungen arbeiten Forschung, sondern stellt auch die nötigen Informationsinfrastrukturen und Orte - in der Mathematik, den Natur- und Ingenieurwissenschaften. Sie ergänzen er kenntnisorientierte Forschung auf höchstem Niveau mit anwendungsorientierten Themen. Effiziente Konzepte des Wissens- und Technologietransfers erleichtern die ÜbertragungDiese Broschüre von stelltForschungsergebnissen, die verbindenden Themenkomplexe zum Beispiel im medizinischen der Forschung Bereich. in der Sektion vor: • • Kommunikationstechnologien und Mikroelektronik, • Optik und Photonik, • Materialforschung und Nanotechnologie, • Biomedizinische Forschung und Gesundheitstechnologien, • Mathematik und Modellierung, Digitaler Wandel, Forschungsdatenmanagement und • Infrastrukturen, Astrophysik und Erdatmosphäre. Mathematik, Natur- und Ingenieurwissenschaften 5 Introduction In a modern industrialised society, new technologies and materials represent - essential driving forces of economic progress. They safeguard our standard of living and help us overcome challenges such as the energy transition, digitalisa tion and an ageing society. The Leibniz Association’s section “Mathematics, Natural Sciences, Engineering” is ideally positioned to tackle these challenges with interdisciplinary approaches and to provide flexible solutions. The section not only conducts excellent research, but also makes available the necessary information infrastructures and sites for - academic exchange. Its institutes work in the disciplines of math ematics, natural sciences and engineering. They combine outstanding basic research with appli cation-focused topics. Efficient concepts for the transfer of knowledge and tech- nologyThis brochure facilitate presentsthe communication the overarching of research range results of topics in fields guiding including the medicine.section’s research: • • Communication technologies and micro-electronics, • Optics and photonics, • Materials research and nanotechnology, • Biomedical research and health technologies, • Mathematics and modelling, Digital transformation, research data management • and infrastructures, Astrophysics and Earth’s atmosphere. Mathematics, Natural Sciences, Engineering 6 Sektionsübergreifend kooperieren die Einrichtungen maßgeblich in den Leib- niz-Forschungsverbünden „Leibniz Gesundheitstechnologien“, „Nanosicherheit“, Leibniz-Instituten. „Science 2.0“, „Wirkstoffe und Biotechnologie“ und „Energiewende“ mit anderen - Weitere Synergien ergeben sich in den Leibniz-Netzwerken „Leibniz-Nano“ und „Mathematische Modellierung und Simulation“ (MMS) sowie aus dem Leib niz-TransferverbundDie Leibniz-Institute „Mikroelektronik“.sind darüber hinaus in zahlreiche nationale und internati- onale Kooperationen eingebunden. Mathematik, Natur- und Ingenieurwissenschaften 7 The institutes collaborate with other Leibniz Institutes across the different sec- - tions primarily within the Leibniz Research Alliances “Health Technologies”, “Na nosafety”, “Science 2.0”, “Bioactive Compounds and Biotechnology”, and “Energy Transition”. Further synergies are achieved thanks to the Leibniz Networks “Leibniz Nano” and “Mathematical Modeling and Simulation (MMS)”, as well as the Leibniz Transfer Alliance ”Micro-Electronics”. - ternational collaborations. Furthermore, the Leibniz Institutes are involved in numerous national and in Mathematics, Natural Sciences, Engineering 8 Kommunikationstechnologien und Mikroelektronik I. In den nächsten Jahren werden sich die rasante Entwicklung der Kommunika- tionstechnologien und die Digitalisierung der Gesellschaft fortsetzen. Neben neuen Kommunikationsformen zwischen Personen wird ein drahtloser und Internet der Dinge und die autonomer Austausch von Informationen zwischen Gegenständen, Fahrzeugen Industrie 4.0. Diese Entwicklung bringt neue Anforderungen an Mikroelektronik und Maschinen zum Alltag gehören, das sogenannte und Kommunikationstechnologien - mit sich: sehr hohe Datenraten, kurze Reak Resilience und Datensicherheit. tionszeiten, geringerer Energieverbrauch und neue Anforderungen bezüglich Die Einrichtungen der Sektion entwickeln mikroelektronische Halbleiterbau- elemente und Technologien auf Basis von Silizium oder Verbindungshalb leitern. - Damit konnten sie bereits Grenzfrequenzen bis zu etwa 700 Gigahertz erreichen, - die neue Möglichkeiten für schnelle Datenübertragung, Radar und Sensorik bie hertz-Bereich und die Verbindung von Technologien und Technologiemodulen. ten. Aktuelle Forschungsvorhaben zielen auf noch höhere Frequenzen im Tera Die Technologien werden in institutseigenen Pilotlinien für die Fertigung von - Schaltkreisen und Systemen als Prototypen für Forschungsprojekte genutzt. Für - industrielle Partner werden Kleinserien hergestellt. Um Entwicklungen schnel ler und einfacher aus der Forschung auf den Markt zu bringen, wurde der Leib niz-TransferverbundBeispiele für neue „Mikroelektronik“ gegründet. sind Gigabit-WLAN für Datenraten bis über 100 Gigabit pro Sekunde bei Frequenzen bis etwa 300 Gigahertz sowie Kommunikationssysteme drahtlose Sensornetze und Komponenten für die Glasfaserkommunikation. In den letzten Jahren konnte die Verbindung von Indiumphosphid mit Si-Technologien werden vor allem in der drahtlosen und Breitband-Kommunikation angewendet. demonstriert werden, ein Beispiel für die hybride Integration. Derartige Lösungen Expertise in der Mikroelektronik mit der Forschung von stärker materialbezo- Völlig neue Möglichkeiten ergeben sich in der stärkeren Zusammenführung