Von Quantenverschlüsselung bis Sensor fürs Handy: ein Einblick in den Exzellenzcluster PhoenixD
Der Exzellenzcluster PhoenixD (Photonics, Optics, and Engineering – Innovation Across Disciplines) hat erfolgreich die Bewilligung für seine zweite Förderphase erhalten und wird ab Januar 2026 für weitere sieben Jahre mit einer Millionenförderung unterstützt. Diese Entscheidung unterstreicht die besondere Position Hannovers in dieser Zukunftstechnologie und ist Teil des herausragenden Erfolgs der Leibniz Universität Hannover, die mit drei bewilligten Exzellenzclustern nun den Weg zur Exzellenzuniversität einschlagen kann.
Ein kurzer Überblick zu PhoenixD
PhoenixD vereint mehr als 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus sechs Fachgebieten: Maschinenbau, Physik, Elektrotechnik, Informatik, Mathematik und Chemie. Gemeinsam erforschen sie die Manipulation und Detektion von Laserlicht mit dem Ziel, optische Präzisionsgeräte schnell und kostengünstig zu entwickeln. Diese Forschung ermöglicht bahnbrechende Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, der Lebensmittelproduktion sowie der Telekommunikation und Quantenkommunikation.
In den vergangenen Jahren hat sich in Hannover ein dynamisches Ökosystem für Optik- und Photonikforschung entwickelt. Mit dem Laser Zentrum Hannover und dem im Bau befindlichen Forschungsgebäude OPTICUM entsteht in Marienwerder ein eigener Optik-Campus. Neben der Leibniz Universität Hannover sind weitere Institutionen an PhoenixD beteiligt: die TU Braunschweig, das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt und das Laser Zentrum Hannover.
Optik und Photonik sind Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts: Optische Glasfasern bilden das Rückgrat des Internets und der Mobilfunknetze, optische Sensoren und hochauflösende Kameras sind Voraussetzung für autonomes Fahren, und Laser ersetzen in der Medizintechnik zunehmend das Skalpell. PhoenixD lotet systematisch die Möglichkeiten der Digitalisierung für neuartige optische Systeme sowie deren Fertigung und Anwendung aus und wird in den kommenden sieben Jahren das internationale Kompetenznetzwerk weiter ausbauen
Im Interview: Prof. Dr. Uwe Morgner, Sprecher von PhoenixD
Prof. Dr. Uwe Morgner, Sprecher des Excellenzclusters PhoenixD
Von Demonstratoren zum OPTICUM: Meilensteine und neue Perspektiven für die kohärente Zusammenarbeit
PhoenixD geht nun in die zweite Förderrunde der Exzellenzstrategie. Was waren aus Ihrer Sicht die größten wissenschaftlichen Meilensteine der ersten Förderperiode – und worauf liegt der Fokus in der kommenden Phase?
Prof. Morgner: Zentrale Meilensteine waren die Realisierung funktioneller Demonstratoren, mit denen wir unsere Forschung auf den Punkt bringen konnten. Diese Demonstratoren zeigen eindrucksvoll die interdisziplinäre Zusammenarbeit im Cluster: Beispielsweise haben unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Demonstrator für Quantenverschlüsselung entwickelt, bei dem Quantenphysik, Ingenieurwissenschaften und weitere Fachrichtungen Hand in Hand arbeiten. Ein weiteres Highlight ist ein Laser, der zum Mond fliegen wird, sowie ein Sensor, den man auf das Smartphone stecken kann, um Flüssigkeiten zu testen – etwa für Bluttests, Drogenscreenings oder zur Erkennung von Tumormarkern.
Das Besondere ist, dass wir die Kompetenzen zusammengebracht haben, die nötig sind, um solche komplexen Systeme zu bauen. Diese interdisziplinäre Arbeit wird in der zweiten Förderphase konsequent weitergetrieben.
Ein wichtiger Baustein der zweiten Förderphase ist der Neubau des OPTICUM, das explizit für PhoenixD entworfen und gebaut wird. Dort werden verschiedene Professuren, Großgeräte und Kompetenzen an einem Ort zusammengeführt, die bisher quer über den Campus der LUH verteilt waren. In der ersten Förderphase hat sich alles gefunden – in der zweiten erwarten wir einen noch besseren Output durch diese räumliche Nähe.
Unser Ziel ist es, die Optikforschung nachhaltig in Hannover zu etablieren. Um das OPTICUM in der Sciences Area in Marienwerder gibt es genug Platz für die Ansiedlung weiterer innovativer Firmen. Industriekooperationen werden so erleichtert und intensiviert. Es werden viele neue Projekte entstehen – allein in der ersten Förderphase haben wir zusätzlich zur Clusterförderung 150 Millionen Euro durch weitere Drittmittel eingeworben.
Die siebenjährige Förderung gibt uns Planungssicherheit, und die Mittel können flexibel eingesetzt werden – für Personal, Geräte und mehr. Aktuell arbeiten 120 Mitglieder in PhoenixD. Es ist die Kunst, Synergien zu wecken, um einen echten Mehrwert zu schaffen. Dafür helfen beispielsweise drei- bis viertägige Retreats, um in den Kontakt zu kommen – solche Austauschformate sind das Allerwichtigste. Eine weitere Idee, die wir verfolgen, ist es, ein großes Sprachmodell auf den Veröffentlichungen von PhoenixD zu trainieren, um damit eine gemeinsame Wissensbasis zu schaffen.
Wichtig ist uns auch, dass wir uns diversifizieren, damit wir über die jetzt zugesagte Förderung hinaus erfolgreich sind und weitere Projekte auf den Weg bringen können.
Zukunftstechnologien im Fokus: Von Quantenverschlüsselung bis Biomedizin
Optische Präzisionsgeräte sind zentrale Bausteine vieler Zukunftstechnologien. Welche konkreten Anwendungen – etwa in der Medizin oder Quantenkommunikation – sind derzeit besonders vielversprechend?
Prof. Morgner: Ein vielversprechendes Anwendungsfeld ist die Quantenverschlüsselung, an der wir intensiv arbeiten. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Biosensorik und Biobildgebung, für die wir beispielsweise neue Röntgenquellen entwickeln. Ein Trakt im neuen OPTICUM wird speziell dafür ausgerüstet, um mit Röntgenstrahlung arbeiten zu können – für Biophotonik und Bioimaging, aber auch Batteriehersteller haben großes Interesse an hochauflösender Durchleuchtung. Die neue Röntgentechnik hilft hier entscheidend weiter, da die aktuelle Technik zu langsam ist – laserbasierte Quellen sind hier die bessere Option. Weitere wichtige Themen sind Beleuchtungstechnik und Fernerkundung.
Der Optik-Campus: Sichtbarkeit schaffen und Talente gewinnen
Mit dem OPTICUM entsteht ein eigener Optik-Campus in Marienwerder. Welche neuen Möglichkeiten eröffnet dieses Forschungsumfeld – auch im Hinblick auf die Nachwuchsförderung und internationale Sichtbarkeit?
Prof. Morgner: Die Sichtbarkeit ist entscheidend, um hervorragende Forschende nach Hannover zu ziehen und gegen andere Forschungsschwerpunkte zu konkurrieren. Bereits in der ersten Phase ist es aufgrund der exzellenten Rahmenbedingungen und der vielfältigen Kooperationsmöglichkeiten gelungen, neue Professorinnen und Professoren aus der ganzen Welt nach Hannover zu berufen.
Das OPTICUM wird auch helfen, die Studierendenzahlen zu verbessern. Der Cluster unterstützt uns dabei, Kinder und Jugendliche für unsere Forschungsthemen zu begeistern – beispielsweise durch das LeibnizLab, das Schülerforschungszentrum und das freiwillige wissenschaftliche Jahr, ein einzigartiges Projekt, das wie ein freiwilliges soziales Jahr gehandhabt wird.
Hannovers Alleinstellungsmerkmal: Schulterschluss zwischen Natur- und Ingenieurwissenschaften
Wie wichtig ist Ihrer Meinung nach der Standort Hannover für den Aufbau eines internationalen Zentrums für Photonikforschung? Und welche Rolle spielt das entstehende Ökosystem mit Partnerinstitutionen dabei?
Prof. Morgner: Hannover hat das Alleinstellungsmerkmal, dass es hier einen echten Schulterschluss zwischen Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften gibt. An anderen Optik-Standorten ist man meist nur in einem Bereich vertieft. Hannover ist führend in Deutschland – im DFG-Förderatlas nehmen wir eine Spitzenposition in der Optik ein.
Die Optik ist ein sehr guter Ansatz, um verschiedene Fachbereiche miteinander zu verbinden, und genau das macht den Standort so wertvoll für die internationale Photonikforschung.
Brückenschlag zur Industrie: 30 Jahre Erfahrung im Technologietransfer
Die Verbindung von Grundlagenforschung und industrieller Anwendung ist oft ein Balanceakt. Wie gehen Sie im Cluster mit der Übersetzung wissenschaftlicher Erkenntnisse in praxisrelevante Technologien um?
Prof. Morgner: Das Laser Zentrum Hannover gibt es bereits seit über 30 Jahren mit dem expliziten Ziel, die Forschung in die Industrie zu bringen. Es ist unser Vehikel, um diesen Transfer zu realisieren. Das Zentrum verfügt über ein großes bestehendes Netzwerk, was es sehr effizient macht, den Brückenschlag zwischen Wissenschaft und Wirtschaft zu vollziehen.
Quantenforschung mit Licht: Einzelphotonen als Schlüsseltechnologie
2025 ist das Internationale Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie. Welcher Aspekt der Quantenwissenschaften spielt in Ihrem Cluster in der Forschung eine herausragende Rolle?
Prof. Morgner: Die Forschung mit Einzelphotonen spielt eine herausragende Rolle in unserem Cluster. Wir arbeiten an Einzelphotonenquellen, Optoakustik und Einzelphotonensensorik. Dabei besteht eine enge Zusammenarbeit mit dem Exzellenzcluster QuantumFrontiers, zum Beispiel bei der Entwicklung einer chipbasierten Atomuhr – einer „atomic clock on a chip“.
Systemdenker statt Fachidioten: Methodenkompetenz für die Zukunft
Was würden Sie jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern raten, die sich für Forschung an der Schnittstelle zwischen Physik, Technik und Informatik interessieren? Welche Fähigkeiten werden künftig besonders gefragt sein?
Prof. Morgner: Wir führen regelmäßig Gespräche mit Industrievertretern darüber, welche Fähigkeiten für künftige Industrieforscherinnen und -forscher besonders wertvoll sein werden. Eine zentrale Erkenntnis: Wir brauchen keine „Fachidioten“, sondern Leute mit Systemkompetenz – Menschen, die in der Lage sind, ganze Systeme zu überblicken. Ein gutes Beispiel ist die 5D-Photonik, die die drei räumlichen Dimensionen mit Zeit und Virtualität vereint.
Mein Rat ist: Man muss weiterdenken, über den Tellerrand schauen und sich breit aufstellen. Unser Masterstudiengang „Optische Technologien“ ist beispielsweise darauf ausgelegt, auf einem Physik- oder Maschinenbau-Bachelor aufzusetzen. Diese Breite soll in der Ausbildung bewusst abgebildet werden.
Schauen Sie nach links und rechts, um auch von anderen Disziplinen zu lernen, die nicht direkt in Ihrem Curriculum stehen. Beim Studium muss es mehr um Methodenkompetenz gehen und weniger um die reinen Inhalte – das ist der Schlüssel zum Erfolg in der interdisziplinären Forschung.
Wir danken Herrn Prof. Dr. Morgner sehr für den spannenden Einblick in den Exzellenzcluster PhoenixD!
Neugierig geworden? Hier sind noch ein paar Literaturempfehlungen
Wollen Sie sich weiter in die Themengebiete vertiefen, die in PhoenixD bearbeitet werden? Dann wollen wir ihnen natürlich passende Literatur aus dem Bestand der TIB an die Hand geben:
Einen Überblick zu den Exzellenzclustern der Leibniz Universität Hannover finden Sie im Beitrag von Esther Tobschall: Exzellente (Quanten)Forschung an der Leibniz Universität Hannover
Wir haben auch Interviews mit den Sprecher:innen die beiden anderen Exzellenzcluster der LUH geführt:
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