Stefan Witte
Met ingang van september 2024 is Stefan Witte (1979) hoogleraar Optica voor nanoschaal metrologie bij de afdeling Imaging Physics van de faculteit Technische Natuurwetenschappen. Mede dankzij ondersteuning vanuit het Excellence Fund kon hij zijn onderzoeksgroep en laboratorium-equipment vanuit Amsterdam naar Delft verhuizen. Witte promoveerde in 2007 cum laude aan de Vrije Universiteit Amsterdam, voor onderzoek naar ‘intense ultrafast laser development and precision spectroscopy with frequency combs’. Daarop volgde een postdoc aan de Vrije Universiteit en een postdoc aan de JILA (University of Colorado, 2010-2011). Van 2014 tot 2024 werkte hij bij het Advanced Research Center for Nanolithography (ARCNL), waar hij mede-leiding gaf aan de ‘EUV Generation and Imaging Group’ en hoofd was van de afdeling Metrology. Sinds 2019 was hij ook universitair hoofddocent aan de Vrije Universiteit Amsterdam.
Witte heeft in de loop van de jaren al bijna 8 miljoen euro aan onderzoeksbeurzen kunnen verzilveren, waaronder de prestigieuze ERC Starting Grant (2014), de ERC Consolidator Grant (2019) en de NWO VICI grant (2022). Daarnaast heeft hij al meer dan 60 wetenschappelijke publicaties op zijn naam staan (waaronder bijna de helft als eerste auteur). Witte is bovendien hoofdonderzoeker in het NWO-TTW Perspectief consortium LINX (Lensless Imaging with soft-X-rays) en lid van de NWO Advisory committee Physics for Technology and Instrumentation. Last but not least heeft hij inmiddels 10 patenten kunnen laten registreren.
Het alledaagse van optica (iedereen gebruikt licht) gecombineerd met de potentie die het heeft om materie op micro- en nanoschaal te analyseren – dat maakt de wetenschap voor Witte aantrekkelijk. Daarbij zijn laser-experimenten ‘leuk’, omdat je relatief makkelijk veel soorten metingen kunt doen. ‘En vervolgens verder gaan dan tot nu toe mogelijk was, door een probleem anders te bekijken of een experiment anders aan te pakken,’ beschrijft Witte de uitdaging.
Het onderzoek tot nog toe
Beeldvormende technieken worden steeds vaker ingezet voor wetenschappelijke en industriële diagnostiek, maar de noodzakelijke optische componenten (lenzen) zijn vaak groot en duur, en vragen grote precisie. Het onderzoek van Witte draait om ‘lensless imaging’, hoge-resolutie microscopie met gebruik van numerieke methoden in plaats van met fysieke optische componenten zoals lenzen. Tot zijn komst naar Delft was Witte betrokken bij een reeks experimenten en onderzoeken op dit terrein. Bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van nieuwe beeldvormingsmethoden voor biologische microscopie. En bij de ontwikkeling van niet-lineaire microscopiemethoden gericht op ‘live’ beeldvorming van de hersenen. Sinds 2014 werkte hij bij het toen net opgerichte Advanced Research Center for Nanolithography (ARCNL), een publiek-privaat gefinancierd onderzoekscentrum van ASML samen met FOM, NWO, en de beide Amsterdamse universiteiten (UvA en VU). Met prof. dr. Kjeld Eikema was Witte hier groepsleider van de 'EUV Generation and Imaging Group'. Hier werden en worden nieuwe beeldvormende technieken ontwikkeld voor uiteenlopende toepassingen, zoals zeer kleine microscopen, beeldvorming door verstrooiende materialen heen, en zeer hoge-resolutie beeldvorming met extreem ultraviolet (EUV) licht.
Nanostructuren in beeld brengen
Dit laatste zet Witte in Delft voort. Hij gaat manieren onderzoeken om 3D-nanostructuren af te beelden. Zoals die van computerchips, waarin de kleinste elementen slechts enkele nanometers groot zijn en vaak uit meerdere lagen bestaan. Microscopie met behulp van licht is dan lastig, omdat deze structuren kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht. Daarom zet Witte extreem-ultraviolet (EUV) licht in: daarvan is de golflengte kort genoeg om zulke nanostructuren te kunnen afbeelden. Hiervoor is eerst een methode nodig om EUV-licht te produceren, bijvoorbeeld met intense, ultrakorte laserpulsen. Vervolgens moet dit lensloos kunnen, omdat er geen goede lenzen beschikbaar zijn voor dit soort licht. ‘Maar we begrijpen al best goed hoe licht verstrooit van kleine objecten,’ stelt Witte. ‘Door nu die verstrooiing te meten met behulp van slimme algoritmes, kunnen we alsnog een beeld van een object reconstrueren.’ Daarnaast ontwikkelt Witte foto-akoestiek technieken, om ondoorzichtige 3D-structuren in beeld te brengen. ‘In die gevallen kun je licht niet gebruiken om binnenin de structuren te kijken’, zegt Witte. ‘Daarom genereer ik met korte lichtpulsen geluidsgolven aan het oppervlak van een object. Die geluidsgolven bewegen door het object heen, en de ‘echo’s’ van verborgen structuren zijn vervolgens aan het oppervlak te detecteren met licht.’
De opstelling voor extreem-ultraviolette beeldvorming: één op de dag van de labverhuizing (september 2019), met de optische tafel net geïnstalleerd, en één van eind 2025, met bijna alle componenten weer geïnstalleerd. Witte: ‘We zijn bijna zover dat we met deze experimenten kunnen beginnen.’
Impact voor Delft en maatschappij
Tijdens zijn inaugurele rede in november 2025 (‘Meten met licht op nanoschaal’) betoogde Witte dat microscopie in feite een faciliterende technologie is, die zorgt dat andere vakgebieden zich verder kunnen ontwikkelen. Zoals materiaalkunde, (cel)biologie en ook de halfgeleiderindustrie. ‘In die zin is elke stap belangrijk en is er geen eindpunt,’ aldus Witte. Met zijn komst naar Delft en de uitbreiding van zijn onderzoeksgroep, hoopt TU Delft daarom belangrijke baanbrekende stappen te kunnen zetten in 3D-beeldvorming op nanoschaal. ‘Mede dankzij het Excellence Fund kan ik onderzoekers aanstellen en experimenten gaan opbouwen. Dat is fijn om snel eerste onderzoeksresultaten te kunnen boeken, en op basis daarvan de groep verder uit te bouwen. Zo kan ik studenten snel uitdagende experimentele afstudeerprojecten bieden. Het opleiden van nieuwe generaties wetenschappers in optica zal komende jaren erg belangrijk worden en ik kijk ernaar uit daaraan bij te dragen.’
Wittes Personal Passion Pride
Zonder een specifieke interesse voor science fiction, werd Stefan Witte wel altijd enthousiast van het beeld van laserbundels die door de ruimte flitsen. ‘Ik ben altijd in licht geïnteresseerd geweest, zoals lasers waarmee je op kilometers afstand iets gericht kunt beïnvloeden,’ vertelt hij. Toen op de middelbare school een experiment volgde met hologrammen, viel het kwartje. ‘Eigenlijk vind ik dat nog steeds het leukst, dat experimentele, het sleutelen aan opstellingen. Als groepsleider zit ik bij TU Delft misschien meer op kantoor, maar het lab is toch wel de leukste plek,’ lacht hij.
‘Zo’n grote verscheidenheid’
‘TU Delft biedt me een volgende, uitdagende kans,’ zegt Witte. ‘Wetenschap is zo nuttig als dat de toepassing nuttig is. Binnen TU Delft is er een grote verscheidenheid aan wetenschap en toegepast onderzoek waarin deze beeldtechnologie een rol speelt. Hierdoor is het heel interessant om mijn onderzoek daaraan te verbinden en zo te verbreden.’ Daarbij is het zeker de bedoeling TU Delft internationaal op de kaart te zetten. ‘Zoals met de presentatie van Matthijs Velsink – de postdoc die ik dankzij het Excellence Fund kon aannemen – onlangs op de internationale conferentie voor ultrasone technologie. Hier waren de belangrijkste onderzoeksgroepen op het gebied van lichtgeïnduceerd ultrageluid aanwezig. Matthijs presenteerde ons werk over het gebruik van licht om ultrageluid te produceren en te detecteren, en hoe dit kan worden gebruikt om nanostructuren in metalen en geïntegreerde schakelingen te bestuderen. De reactie van het publiek was zeer positief. Vooraanstaande onderzoekers uitten hun verbazing en bewondering over wat we al kunnen bereiken.’
Nobel Prijs Verklaard
Het werkterrein van Stefan Witte maakt deel uit van het internationaal dynamische vakgebied van de laserfysica: hoe kun je laserpulsen maken van steeds kortere duur op extreem korte golflengten en deze laserpulsen laten interacteren met materie om vervolgens beelden op nanometerschaal te genereren. In 2023 werd de Nobelprijs voor de Natuurkunde toegekend aan het trio Pierre Agostini, Ferenc Krausz en Anne L'Huillier onder andere voor het maken van laserpulsen van een attoseconde. Op 22 april 2024 gaf Stefan Witte een zogeheten Nobelprijs Verklaard Lezing bij Diligentia, Koninklijke Maatschappij voor Natuurkunde sinds 1973, over deze uitvinding (‘Attoseconde lichtpulsen en het volgen van elektronen op nanoschaal’). De lezing is in de video hiernaast nog te volgen.