Unsichtbares sichtbar machen

Philipp Pelz entwickelt Bildgebungsmethoden, die Materialeigenschaften auf atomarer Ebene ohne Umwege sichtbar machen. Seine Forschung wird mit einem ERC Starting Grant gefördert.

Zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen, reicht Philipp Pelz nicht. Er möchte mit einem einzigen Ansatz möglichst viele Fragen zugleich beantworten. Mit Elektronenmikroskopen will er Materialien so untersuchen, dass man auf einen Blick erkennt, aus welchen Elementen sie bestehen und wie sie in drei Dimensionen strukturiert sind. „Das ist einer der großen Träume der Materialwissenschaft“, sagt der Professor für Computational Materials Microscopy an der FAU. Im Projekt HyperScaleEM arbeitet Pelzdaran, selbst große Materialproben dreidimensional auf atomarer Ebene abzubilden und zu analysieren. „Das ist alles andere als trivial“, sagt er. „Sehr leichte Elemente wie Wasserstoff und Sauerstoff sind mit bisherigen Methoden kaum detektierbar. Auch Legierungen, deren Komponenten einen sehr ähnlichen Kontrast zeigen, sind bislang schwer zu charakterisieren.“ Ein weiterer Schwerpunkt ist die Nano- und Quantenelektronik: Hier hängen die Eigenschaften der Materialien entscheidend von der exakten Position einzelner Atome ab. Auch diese Strukturen will Pelz sichtbar machen. Und schließlich gilt es, aus den hochkomplexen Datentatsächlich verlässliche und brauchbare Informationen über die Materialien abzuleiten.

KI macht Technik autonomer

Um diese Ziele zu erreichen, optimiert der Physiker sowohl die Detektionstechnik als auch die Bildgebungsalgorithmen. Gefördert wird seine Forschung mit stolzen 2,3 Millionen Euro im Rahmen eines Starting Grants des European Research Council (ERC). „Ein Teil des Geldes fließt in teure Geräte, etwa in ein Spektrometer oder in Kameras, die Elektronen ohne Umweg über Lichtsignale direkt aufnehmen können“, erklärt Pelz. Der Grant ermöglicht es ihm außerdem, sein Team zu verstärken– mit zwei Doktoranden und einem Postdoc. „Allein wäre ein solches Projekt unmöglich. Erst durch die Arbeit des Teams kann die Vision von HyperScaleEM Wirklichkeit werden.“ Bei den Bildgebungsalgorithmen setzt das Team auf künstliche Intelligenz, um verschiedene Kanäle zusammenzuführen und die Elektronenmikroskope kontinuierlich eigenständiger arbeiten zu lassen. Das ERC-Projekt bietet Philipp Pelz die ideale Möglichkeit, seine wissenschaftlichen Interessenmiteinander zu verbinden. Er hat sich bereits in seiner Promotion mit Elektronenmikroskopie beschäftigt und zuvor Physik und Informatik in München studiert. „Für mich ist das die perfekte Kombination: Man braucht die Physik, um zu verstehen, wie die Daten im Mikroskop zustande kommen, und die Informatik, um daraus Informationen abzuleiten.“

Matthias Münch

Dieser Artikel ist Teil des FAU Magazins

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