Exzellente Grundlagenforschung an der Johannes Kepler Universität Linz

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1 I N F O R M A T I O N Zur Pressekonferenz mit Mag. a Doris Hummer Forschungs-Landesrätin Univ.Prof. in Dr. in Gabriele Kotsis JKU-Vizerektorin für Forschung Assoz Univ.Prof. in Dr. in Alberta Bonanni Univ.Prof. Dr. Siegfried Bauer Univ.Prof. Dr. Thomas Klar am Dienstag, 10. Juli 2012 zum Thema Exzellente Grundlagenforschung an der Johannes Kepler Universität Linz Rückfragen-Kontakt: Mag. Jonathan Mittermair ( ) , ( )

2 2 Forschungs-Landesrätin Mag. a Doris Hummer Exzellente Grundlagenforscher/innen eine Erfolgsformel für Oberösterreichs Innovationsfähigkeit "In Oberösterreich legen wir den Fokus auf eine effiziente "Chain of Innovation", damit aus guten auch wirklich erfolgreiche Ideen werden. Die Grundlagenforschung ist die Basis für unsere Innovationskraft. Die JKU spielt dabei eine Schlüsselrolle", sagt Landesrätin Hummer. Innovative Regionen brauchen Grundlagenforschung Im Wettbewerb um die innovativsten Regionen in Europa gehört Österreich zu der sogenannten Innovation-Follower -Gruppe, die Front-Runner sind die Schweiz und die skandinavischen Länder. Diese Länder bemühen sich sehr stark, für Top- Grundlagenforscher attraktiv zu sein und durch sie möglichst viele prestigeträchtige und hochdotierte ERC-Grants und Grantees an ihre Institutionen zu bekommen. Sie gestalten auch sehr bewusst das Zusammenspiel zwischen der exzellenten Grundlagenforschung und der angewandten Forschung. Österreich hat in seiner Performance in Forschung, Technologie und Innovation in den vergangenen beiden Jahrzehnten einen Aufholprozess bewältigt. Im Ranking des Innovation Union Scoreboard, das Indikatoren für die Innovations- Performance zusammenfasst, belegt Österreich den achten Rang und lieg damit im Spitzenfeld der Innovation Follower. Die von den nordischen Ländern Schweden, Dänemark und Finnland sowie Deutschland besetzte Gruppe der Innovation Leader ist in Sichtweite.

3 3 "EU-Innovationsanzeiger"; Quelle: Innovation Union Scoreboard 2011 Im internationalen Vergleich liegt die Grundlagenforschung in Österreich sowohl was den monetären Input als auch was den Output (Publikationen, Zitationen, etc.) betrifft im Mittelfeld, weist aber einen Rückstand gegenüber den globalen Benchmarks wie den USA und europäischen Referenzländern auf. "Nur wenn Oberösterreich zu den innovativsten Regionen Europas zählt, können wird den Wohlstand und die hohe Lebensqualität in unserem Land absichern. Daher ist es notwendig, dass OÖ mit herausragenden wissenschaftlichen Projekten auch EU-Förderprogramme/-mittel bestmöglich nutzt", sagt Landesrätin Hummer. ERC (European Research Council) fördert OÖ Spitzenforschung Mit den ERC-Grants wird risikoreiche Grundlagenforschung gefördert, die letztlich für die großen Innovationen sorgt. Darüber hinaus sind ERC-Grants eine Art Benchmark für die Qualität der Forschung und des Forschungsstandorts. Die JKU die jüngste Universität Österreichs zählt heute zu den weltweit besten "jungen" Universitäten. Das bestätigt nun auch ein Rating der renommierten britischen Zeitung Times. Im Times Higher Education 100 Under 50 der besten jungen Universitäten ist die JKU auf dem beachtlichen 41. Rang gelistet.

4 4 Ein weiterer Beweis für die wissenschaftlichen Spitzenleistungen der JKU im Bereich der Grundlagenforschung ist der Umstand, dass der Wittgenstein-Preis 2012 an den an der JKU tätigen Wissenschaftler Serdar Sariciftci verliehen wurde. Es gibt ERC-Starting Grants und ERC-Advanced Grants: Die ERC-Starting Grant-Förderung unterstützt erstklassige Forscher, die im Begriff sind ihre eigene Forschungsgruppe zu gründen oder aufzubauen und schon ein hohes Maß an selbstständiger Forschung vorzuweisen haben. Wissenschaftliche Exzellenz ist das einzige Kriterium für die Auswahl der Anträge durch eine Jury von internationalen Experten. So ist der ERC-Starting-Grant (bis zu 2,0 Mio. Euro) mit dem österreichischen START-Preis für junge, exzellente Forscher vergleichbar. Der ERC-Advanced Grant (bis zu 3,5 Mio. Euro) ist gedacht für hervorragende etablierte Forscher und gleicht dem österreichischen Wittgenstein-Preis. ERC-Grants in Oberösterreich In OÖ gibt es seit dem fünfjährigen Bestehen des European Research Council drei ERC-Grantees. Alle drei sind an der JKU tätig: Alberta Bonanni (Inst. für Halbleiter- und Festkörperphysik), die in einem polnischen ERC-Projekt als Co-Investigator mit einem Projektvolumen von 0,7 Mio. Euro involviert ist. Thomas Klar (Institut f. Angewandte Physik), mit einem ERC-Starting- Grant von ca. 1,5 Mio. Euro sowie Siegfried Bauer vom Inst. für Experimentalphysik (Physik der weichen

5 5 Materie), der den ERC-Advanced Grant im Jahr 2011, dotiert mit 2,5 Mio. Euro bekommen hat. Oberösterreich & ERC-Grants im Bundesländervergleich Die österreichischen Forschungsinstitutionen haben bis dato rund 79 ERC-Grants eingeworben. Von den in der Statistik erfassten 63 Grants sind 38 Grants an den Universitäten und 25 an den inter- bzw. außeruniversitären Forschungsinstitutionen. Die Universität Linz steht im nationalen Vergleich recht gut dar. Nach der Universität Wien (16 Grants), der Technischen Universität Wien (7 Grants) sowie der Universität Innsbruck (7) hat die JKU zwei volle ERC-Grants. Zusätzlich ist die JKU als lokaler Koordinator in einem polnischen ERC-Grant involviert. Die 3 ERC-Grants stellen die JKU vor die Grazer Universitäten, die eigentlich viel stärker auf die Grundlagenforschung ausgerichtet sind als die Linzer Uni. Bedeutung der ERC-Projekte für Oberösterreich Eines der wichtigsten Ziele des kommenden europäischen Forschungsförderungsprogramms Horizon 2020 ist es, die weltweit führende Stellung der EU in der Grundlagenforschung auszubauen. Dazu sollen die Fördermittel des Europäischen Forschungsrates (ERC), über den die ERC-Grants vergeben werden, deutlich aufgestockt werden. Durch Förderung der besten Talente, der Mobilität, von Verbrauchsmaterial und auch zu einem geringen Anteil geeigneter Forschungsinfrastrukturen soll die Grundvoraussetzung für Zukunftstechnologien und Wettbewerbsfähigkeit geschaffen werden. Es ist demnach von großem Interesse für OÖ, dass an der JKU bereits tätige Top- Grundlagenforscher bzw. potentielle Spitzenforscher aus anderen Ländern Interesse daran haben ihre Projekte hier auch durchzuführen. Dafür ist es notwendig entsprechende Rahmenbedingungen zu schaffen bzw. weiter auszubauen: Berufungen von Top-Forscher/innen, gute Infrastruktur, Labors und vor allem Möglichkeiten zur gemeinsamen Nutzung und somit Entwicklung/Stärkung von Synergien und interdisziplinärer Zusammenarbeit, exzellente neue Studiengänge mit Teilnahme internationaler Studierenden und Lehrenden.

6 6 Univ.Prof. Dr. Gabriele Kotsis, JKU-Vizerektorin für Forschung Grundlagenforschung als Erfolgsgarant für die JKU Es ist die strategische Zielsetzung der JKU, sich zu einer europäischen Spitzenuniversität zu entwickeln. Exzellente Grundlagenforschung ist dabei die zentrale Voraussetzung. Die Forscher/innen der JKU nutzen hier gezielt und erfolgreich nationale und internationale Förderprogramme. Dass es aktuell drei ERC-Grantees an der JKU gibt, ist der beste Beweis dafür, freut sich Gabriele Kotsis, Vizerektorin für Forschung. Innovation durch Grundlagenforschung Grundlagenforschung spielt eine zentrale Rolle, weil gerade daraus die wichtigsten Innovationen entstehen. Eine intensive Grundlagenforschung und die Weiterentwicklung der dadurch gewonnenen Erkenntnisse in angewandten Forschungsprogrammen für eine wirtschaftliche Verwertung sind die Hauptinstrumente zur Umsetzung der strategischen Ausrichtung der JKU. Dabei zeigt sich, dass es keine scharfe Abgrenzung mehr zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung gibt. Wichtiger ist es, dass dazwischen ein breites Spektrum von Forschung und Wissenschaftstransfer vorhanden sein muss. Mit ihrer erfolgreich gelebten Nähe zur industriellen Forschung, der damit verbundenen Umsetzung der Forschungsergebnisse und ihrer Positionierung in der internationalen Scientific Community erfüllt die JKU diese Kriterien. Die Vergabe der ERC-Grants an unsere Wissenschaftler/innen spricht auch für die hervorragenden Forschungsbedingungen an der JKU, sagt Kotsis. Klares Forschungsprofil der JKU: Sechs Exzellenzfelder Mit ihren aktuellen Exzellenzfeldern hat die JKU für den nächsten (ab 2013 gültigen) Entwicklungsplan sechs Stärkefelder definiert, die ihre Stellung sowohl in der nationalen und internationalen Forschungslandschaft als auch in der kooperativen Forschung sichern und weiter ausbauen sollen: Computation in Informatics and Mathematics Management & Innovation Mechatronics and Information Processing Nano-, Bio- and Polymer Systems: From Structure to Function Soziale Systeme, Märkte und Wohlfahrtsstaat Unternehmensrecht

7 7 Assoz. Univ. Prof. Dr. Alberta Bonanni Advanced ERC-Grant, Co-Investigator, Projekt FunDMS : Der Spin macht es möglich Im Prinzip basiert die Funktionsweise heutiger Halbleiterbauelemente, wie Sie z.b. in Computern verwendet werden, auf Konzepten, die schon vor Jahrzehnten entwickelt wurden und im wesentlichen nur perfektioniert und miniaturisiert wurden. Genauer gesagt wird in solchen Bauelementen bisher eigentlich nur eine Eigenschaft von Elektronen benutzt, nämlich ihre elektrische Ladung, die für den Stromfluss in solchen Bauelementen verantwortlich ist. Dabei besitzen Elektronen aber noch andere Eigenschaften: sie besitzen einen sogenannten Spin, ähnlich vorstellbar, wie die Drehung eines Tennisballs um seine eigene Achse. Der Spin von Teilchen an sich ist verantwortlich für Phänomene wie Magnetismus. Dieses Forschungsgebiet hat in Anlehnung an Elektronik den Namen Spintronik erhalten. Wenn es nun auf effiziente Weise gelänge, den Spin von Elektronen gezielt zu beeinflussen und zu steuern, wäre das der Weg für kompaktere, effizientere und leistungsstärkere Elektronikbauteile und Datenspeicherung. Das würde wiederum dazu beitragen können, dass wir langfristig weniger Energie verbrauchen und auch weniger Elektromüll produzieren. Bestehende Spintronik-Ansätze beruhen auf rein metallischen Materialien und zeigen große Einschränkungen. Wir sind nun überzeugt, dass mit Halbleitermaterialien, wie z.b. Galliumarsenid (GaAs) oder Galliumnitrid (GaN) endlich ein lang ersehnter Wunsch der Forscher und Technologen realisiert werden kann, nämlich die Erzeugung von ferromagnetischen Halbleiterstrukturen. Interessanterweise sind Halbleiterverbindungen aus GaN gerade dabei auf einem anderen Gebiet nämlich dem Bereich der Beleuchtungstechnik unser Leben zu verändern: höchste Leuchteffizienz bei niedrigster Wärmementwicklung zeichnen Leuchtdioden (LEDs) und Halbleiterlaser aus GaN-Materialien aus. Im ERC-Advanced Grant FunDMS haben wir es uns zum Ziel gesetzt, diese zusätzliche Eigenschaft des Elektrons effizient zu nutzen und den Spin des Elektrons der Halbleitertechnik mittels Spinmanipulation zugänglich zu machen. Um nun gerade dies zu erreichen, muss die Herstellung dieser neuen Halbleitermaterialien bis auf die Ebene einzelner Atome genau beherrscht werden.

8 8 So müssen die weltweit erstmals hergestellten Materialien und Strukturen genauestens und mit den modernsten verfügbaren Methoden untersucht und charakterisiert werden. Hier kommt der Aspekt unserer internationalen Kooperationstätigkeit zum Tragen: meine Forschungsgruppe MagicSpin am Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik der JKU ist mittlerweile weltweit führend in der Herstellung der magnetischen GaN- Verbindungen und hatte bzw. hat laufend zahlreiche Angebote renommiertester, internationaler Forschungsinstitutionen, um die von uns realisierten Materialien zu untersuchen und mittels neuer theoretischer Modelle neue Kombinationsmöglichkeiten zu finden. Daraus entstand ein international tragfähiges Kooperationsnetzwerk, in das meine Gruppe zentral eingebettet ist, was schließlich in der Zuerkennung des Advanced Grants FunDMS gipfelte. Auf der einen Seite wird von der Forschungsgruppe des Hauptträgers, Prof. Tomasz Dietl an der polnischen Akademie der Wissenschaften, die Theorie und auf der anderen Seite hier in Linz an der JKU die gesamte experimentelle Forschung, mit Herstellung der Materialien und deren Charakterisierung mittels modernster Methoden, durchgeführt. Nur mit diesem Hand-in-Hand-Greifen von Theorie und Experiment mit gleichzeitiger internationaler Vernetzung ist es heutzutage möglich Forschung auf höchstem Niveau zu betreiben. Und gerade dieser Aspekt zeigt den großen Stellenwert unserer heimischen Forschungsaktivitäten und das exzellente Forschungsumfeld der JKU hier in Oberösterreich. Als zusätzlichen Aspekt möchte ich anmerken, dass es als Forscherin in Oberösterreich sogar möglich ist Familie und Karriere verbindend zwei kleine Kinder großzuziehen und trotzdem an vorderster Front der Wissenschaft zu forschen, was erst kürzlich mit der Zuerkennung des Forscherinnen-Awards 2012 des Landes OÖ honoriert wurde.

9 9 Univ. Prof. Dr. Siegfried Bauer ERC Advanced Grant Projekt Soft-Map : Einsatz der weichen Materie: von der dehnbaren Elektronik bis zur Nutzung erneuerbarer Energien Wir leben in einer Welt der weichen Materialien unsere Haut ist technisch gesehen ein instruktives Beispiel für einen großflächigen und dehnbaren elektronischen Schaltkreis, der empfindlich auf Berührung, auf Temperaturänderungen und auf viele andere äußere Einflüsse reagiert. Unsere Hand ist technisch gesehen ein Beispiel einer weichen Maschine. Obwohl unsere Hand nicht mit der Perfektion und mit der Präzision von heutigen Robotern mithalten kann, sind wir in der Lage mit ihr faszinierend komplizierte Bewegungen ohne Nachdenken auszuführen. Wir können mit der Hand beliebige Objekte greifen, auch sehr druckempfindliche, wir können Objekte nahezu beliebig rotieren lassen durch das Spiel unserer Finger, oder wunderschöne Musik durch das Zupfen von Saiten einer Gitarre hervorbringen. Wissenschaftler sind fasziniert von dieser scheinbaren Einfachheit - es geht ja wie von selbst - und von der tatsächlichen Komplexität, die uns von der Natur vor Augen geführt wird und träumen deshalb davon, mit weichen Materialien die z.b. der Haut nachempfunden sind, technische Lösungen zu entwickeln. Dies könnten mechanisch dehnbare Schaltkreise für die Sportmedizin sein, oder weiche Robotikelemente die wie unsere Hand gefühlvoll Objekte greifen und manipulieren können. Auch utopisch anmutende Ideen sollen verfolgt werden, wie die Nutzung erneuerbarer Energien mit weichen Materialien. Mit diesen Beispielen ist auch der Umfang des ERC-Advanced Grants Soft-Map umschrieben: es geht darum mit weicher Materie Elektronik dehnbar zu machen, Robotikelemente zu entwickeln und erneuerbare Energien nutzbar zu machen; hier im wesentlichen die Wandlung von mechanischer in elektrische Energie während des Gehens oder von Wind und Wasserwellen. Bisher hat sich die Physik und Materialwissenschaft vornehmlich mit harten Materialien auseinandergesetzt, die Untersuchung weicher Materialien ist dagegen eine junge und in den Anfangsgründen steckende Disziplin im Grenzgebiet zwischen der Chemie, der Physik, den Material- und den

10 10 Ingenieurswissenschaften. Vornehmlich sind dies Materialien die uns aus dem Alltag bestens vertraut sind: dehnbarer Gummi, zellulare Polymere die als Verpackungsfolien dienen, Fensterklebebänder, Gele, Farbstoffe für Kleidung und Lippenstifte und vieles mehr. Langsam setzt sich dabei die Erkenntnis durch, dass man mit solchen jedem vertrauten weichen Materialien Dinge realisieren kann, die mit harten Materialien eben nicht möglich sind. Unsere Abteilung an der JKU hat dabei den Vorteil, dass wir dieses junge Gebiet von Anfang an mitgestaltet haben, mit der ersten dehnbaren Batterie, dem ersten weichen Robotikelement das wie unsere Hand greifen kann, der ersten abbaubaren, flexiblen Elektronik, der weltweit dünnsten Solarzelle und vieles mehr. Möglich ist dies durch eine enge Vernetzung innerhalb der JKU mit der Chemie, der Physik und den Ingenieurswissenschaften und international durch enge Kooperation mit Topuniversitäten, wie Harvard, Princeton, Tokyo oder exzellenten Forschungseinrichtungen wie der EMPA in der Schweiz. Oft sind dabei die ersten Experimente mit einfachen Mitteln realisierbar. In Amerika beginnt man den neuen Trend einer einfachen Wissenschaft ins Leben zu rufen, und auch bei diesem Trend ist die JKU vorne dabei. Dabei spielen auch dringliche gesellschaftlich relevante Fragen eine wichtige Rolle, von der Gesundheitspflege über Nachhaltigkeit zu erneuerbarer Energie. Langfristig sind dies Themen, von denen auch Oberösterreich als einer der wichtigsten Technologiestandorte Europas profitiert. Der ERC-Grant ermöglicht es uns auch, Studenten in einem sich rapide entwickelnden Forschungsgebiet fächerübergreifend mit hoher internationaler Sichtbarkeit auszubilden, mit besten Chancen nach dem Studium sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie unterzukommen. Durch die starke internationale Verzahnung können unsere Studenten auch während ihrer Masterarbeiten oder Dissertationen Forschungsluft an den besten Universitäten der Welt schnuppern und ihre dort gewonnenen Erkenntnisse nach der Rückkehr wieder nutzbringend zum Vorteil des lokalen Standortes einsetzen. Wir setzen bei der Forschung vor allem auch auf schnellen Transfer des Wissens in die Praxis, z.b. in spin-offs wie isiqiri, die sich mit flexiblen und großflächigen Eingabegeräten für interaktive Medien befasst.

11 11 Univ. Prof. Dr. Thomas A. Klar ERC Starting Grant Projekt ActiveNP: Kleine Laser, bessere Linsen Die Strukturen, die von Naturwissenschaftlern untersucht werden, werden immer kleiner. Die Nanophotonik befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung neuartiger photonischer Bauteile und liefert unter anderem winzig kleine Schaltkreise, allerdings nicht für elektrische Ströme, sondern für Licht. Die Nanophotonik ist angesiedelt im Grenzgebiet zwischen Physik, Materialwissenschaften und Optoelektronik. Abgesehen von der Nanophotonik hat Licht aber auch ganz traditionell für uns Menschen eine herausragende Bedeutung, ist doch der Sehsinn einer der wichtigsten, wenn nicht der wichtigste Sinn überhaupt. Deshalb ist Grundlagenforschung im Bereich Optik und Photonik von nicht zu unterschätzender Bedeutung und natürlich auch für die Ausbildung unserer Studierenden der Technischen Physik von besonderer Wichtigkeit. Photonen also die kleinsten Mengen an elektromagnetischer Strahlung haben bereits die Telekommunikation revolutioniert und werden in Zukunft auch immer mehr nicht nur für den Transport, sondern auch für die Verarbeitung von Information eingesetzt werden. Die photonischen Bauteile brauchen derzeit leider noch mehr Platz als klassische elektronische Bauteile, wie sie etwa in einem Mikrochip zu finden sind. Zusammen mit meinen Mitarbeitern arbeite ich daran, Laser aus wenigen Nanometer (milliardstel Meter) großen Bausteinen herzustellen. Ein wichtiges künftiges Anwendungsgebiet solcher Laser ist ihre Integrierbarkeit in nanoskopische elektronische Schaltkreise. Um an diesen Themen forschen zu können, wurde mir im Jahr 2010 ein ERC Starting Grant zugesprochen. Damals war ich noch Universitätsprofessor an der Technischen Universität Ilmenau in Thüringen. Im selben Jahr erhielt ich zwei Rufe, einen an die JKU Linz und einen auf einen Lehrstuhl an die Universität Leipzig. Dem besten Angebot folgend habe ich mich für die Leitung des Instituts für Angewandte Physik an der JKU entschieden. In dem ERC-Projekt geht es darum, die Grundlagen für möglichst kleinteilige Optik zu schaffen z.b. neue Materialien für die Optik zu finden und kleinere Laser zu entwickeln. Letztere können zum Beispiel auf metallischen Nanostrukturen

12 12 aufbauen. Dazu werden Gold-Nanopartikel in einem Farbstoff verpackt, wobei die Gold-Nanopartikel als Resonator dienen und der Farbstoff als aktives Medium. Die Elektronen dieser Nanopartikel werden mit Licht in Schwingung versetzt. Entscheidend ist, dass man hier die richtige Frequenz trifft, damit sich das richtig aufschaukelt. Dabei hängt die Baugröße eines resonanten Nanopartikels nicht von der Wellenlänge des Lichtes ab, im Gegensatz zu herkömmlichen Resonatoren, deren Größe mindestens die halbe Wellenlänge betragen muss. Ob und wo man diese kleineren Laser einbauen könnte, ist aber die zweite Frage. Zunächst muss erst noch geklärt werden, ob man überhaupt sinnvoll Laser im Nanometer-Bereich bauen kann. In einem zweiten Forschungsschwerpunkt geht es um die Entwicklung neuer optischer Materialien, wie sie in der Natur nicht vorkommen, und die möglichst viel von der hineingesteckten Energie auch wieder abgeben. Experimentiert wird mit Gold-Nanopartikeln und Farbstoffen, die in einem künstlichen Übergitter sozusagen von selbst zu einer Art künstlichem Opalstein heranwachsen. Mit einer anderen Methode werden in Oberflächen, die sich aus verschiedenen Materialschichten zusammensetzen, Strukturen hineingefräst, zum Beispiel mit einem Ionenstrahl. Ziel beider Methoden ist, Materialien zu entwickeln, bei denen das Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich zwar stark gebrochen wird, die aber gleichzeitig kein Licht absorbieren, im Gegensatz zu der alltäglichen Beobachtung, dass selbst schwach brechendes Fensterglas etwas absorbiert, was man am grünlichen Schimmer dicker Glasscheiben auch leicht erkennt. Linsen, die keine gekrümmten Oberflächen besitzen und dennoch genau fokussieren können, wären ein mögliches Endprodukt.