Hugo-Geiger-Preis 2023

Ein neues Material für schnellere, energiesparende Halbleiteranwendungen, effizientes 3D-Audio und ein innovativer Ansatz zur Krebsfrüherkennung: Für ihre Doktorarbeiten in der angewandten Forschung wurden am 28. Februar drei Nachwuchsforschende aus Dresden, Erlangen und Leipzig mit dem Hugo-Geiger-Preis ausgezeichnet. Der Preis wird jährlich durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) und die Fraunhofer-Gesellschaft vergeben und würdigt hervorragende, anwendungsorientierte Promotionsarbeiten, die in enger Kooperation mit einem Fraunhofer-Institut entstanden.

Neues Material für Halbleiterspeicher  

Dr. Maximilian Lederer entwickelte in seiner Promotion mit dem Fraunhofer IPMS neue Verfahren, um Hafniumoxid (HfO₂) für die Halbleiterindustrie zu produzieren. Dies ermöglicht schnellere, energiesparende und sichere Arbeits- oder USB-Speicher und neuronale Netze für Künstliche Intelligenz. Da die ferroelektrischen Fähigkeiten des Materials bisher nicht vollständig verstanden wurden, ließ es sich kaum zuverlässig für nicht-flüchtige Halbleiterspeichern (FeRAM) verwenden. Lederer untersuchte die kristalline Mikrostruktur von HfO₂ mit neuen Methoden und fand heraus, welche Auswirkungen kleinste physikalische Prozesse, Abscheide- und Prozessbedingungen auf das ferroelektrische Schaltverhalten des Stoffs haben. Auf dieser Grundlage entwickelte er neue Herstellungsprozesse, die Wachstum oder Zusammensetzung des Materials optimieren, etwa die von ihm erstmals gezeigte feldinduzierte Kristallisation durch elektrische Spannung. Der Dresdner Chiphersteller Global Foundries testet ferroelektrische Speicherbauelemente bereits in einer Forschungs- und Entwicklungslinie.  

Effizientes 3D-Audio in bester Klangqualität

Dr. Sascha Dick leistet mit seiner Dissertation mit dem Fraunhofer IIS einen Beitrag zur qualitativen und effizienten Übertragung und Verarbeitung von 3D-Audiosignalen. Nach zahlreichen Hörtest-Experimenten fand der Forscher heraus, dass sich die Genauigkeit der Lokalisierung von räumlich verteilten Schallquellen auch datenanalytisch bestimmen lässt. Sein daraus entwickeltes psychoakustisches Modell beschreibt, wie die räumliche Verteilung der Lautstärke von verschiedenen Schallquellen wahrgenommen wird. Auf dieser Basis können Quellen, die man nicht unterscheiden kann, zusammengefasst und um den Faktor zehn reduziert werden – bei weiterhin exzellenter Klangqualität. Dies erlaubt die Entwicklung effizienter Algorithmen zur 3D-Audiocodierung, die nicht nur die qualitative Konvertierung von Kinofilmen für’s Heimkino ermöglichen, sondern dank deutlich reduzierter Datenraten auch Echtzeitanwendungen für Virtual Reality und Gaming. Durch ein intelligentes Zusammenfassen der Schallquellen lässt sich zudem die Sprachverständlichkeit und damit die akustische Barrierefreiheit verbessern.  

Neuer Ansatz für die Krebsfrüherkennung

Dr. Susann Allelein legte in ihrer Promotion mit dem Fraunhofer IZI die Grundlagen für einfachere Flüssigbiopsien schnelleren Diagnostik von Krebs. Dank extrazellulärer Vesikel, die lange als Zellmüll galten, könnten Flüssigbiopsien aus Blut oder Urin künftig nachteilige Gewebebiopsien ablösen. Über diese in Körperflüssigkeiten enthaltenen Partikel tauschen Zellen Informationen über ihre Beschaffenheit und Bestandteile miteinander aus. Die Forscherin untersuchte in ihrer wegweisenden Dissertation, wie sie sich für die Früherkennung von Prostatakrebs nutzen lassen. Darin entwickelte sie neue Verfahren, um die etwa virengroßen Vesikel effizient zu charakterisieren und die Relevanten aus der Fülle aller Zellinformationspakete zu isolieren. Obwohl das untersuchte Prostatakrebs-spezifische Protein sich als ungeeigneter Marker herausstellte, schuf die Forscherin wichtige Voraussetzungen für die weitere Forschung mit extrazellulären Vesikeln, deren Potenzial über die Krebsdiagnostik hinaus bis zur präzisen Therapieüberwachung und Entwicklung von Impfstoffen reicht.