Gebündelte Energie: Forschung mit Lasern

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3. Juli 2017

Spätestens seit „Star Wars“ kennt sie jeder: Laser, bunte Lichtstrahlen voller Energie. Wissenschaftlich gesprochen: Elektromagnetische Wellen, die meist einfarbig, sehr intensiv und stark gebündelt sind. Sie sind das Arbeitsgerät von Arnulf Materny, Professor für Chemische Physik an der Jacobs University. Mithilfe von Laser-Technik entschlüsselt Materny Materialeigenschaften oder den genauen Ablauf chemischer Prozesse.

Schon zu Schulzeiten schien sein Lebensweg vorgezeichnet: „The physics room is his castle“, hieß es über ihn in der Abiturzeitung. Nur hält er sich heute vorwiegend in Laboren auf, ausgestattet mit enorm starken Lasern. Der gebürtige Oberfranke beschäftigt sich mit zwei höchst relevanten Forschungsfeldern: der eher angewandten Raman-Laserspektrokospie und der grundlagenorientierten Femto-Laserspektroskopie. Eine Vielzahl internationaler Preise in seinem Büro zeugen von seinen wissenschaftlichen Leistungen auf diesen Gebieten.

Trifft Licht auf Moleküle, so wird es größtenteils unverändert zurückgestrahlt. Ein kleiner Teil der Energie des Lichts aber geht auf Moleküle über und bringt sie in Schwingungen. Das zurückgestreute Licht  verändert sich dadurch, seine Frequenz wird etwas höher oder niedriger. Ein solcher Effekt, benannt nach dem indischen Nobelpreisträger C. V. Raman, ist charakteristisch für das jeweilige Molekül, es steckt voller Informationen. Raman-Spektroskopie wird in vielen Bereichen genutzt: etwa von der Textilprüfung bis zur Lebensmittelsicherheit, von der Krebsforschung bis zum Umweltschutz. Mit der Raman-Spektroskopie kann man praktisch jedes Molekül untersuchen, ohne den Untersuchungsgegenstand aufwändig vorzubereiten und ohne ihn zu zerstören.

Eigentliche wissenschaftliche Heimat von Arnulf Materny aber ist die Femto-Spektroskopie. Chemische Reaktionen und biologische Prozesse können sehr, sehr schnell ablaufen. Eine Femtosekunde ist der millionste Teil einer milliardstel Sekunde. Schwer vorstellbar? In 100 Femtosekunden bewegt sich das Licht gerade einmal so weit wie ein Haar dick ist, während es in einer Sekunde den Mond erreicht. In Maternys Labor geht es ein bisschen zu wie beim Flackerlicht in der Disco – ultrakurze Lichtblitze liefern Schnappschüsse von chemischen Reaktionen. Wiederholte, schnell aufeinanderfolgende Messungen ermöglichen quasi eine Analyse in Zeitlupe.

Materny und seine Arbeitsgruppe sind hier Pioniere, sie bewegen sich im Bereich der Grundlagenforschung. Mittels Femto-Laserspektroskopie werden Halbleiter optimiert und elektronische Bauteile wie organische Solarzellen untersucht. Sie kann aber auch dazu beitragen, die Wechselwirkung zwischen metallischen Oberflächen und anhaftenden Molekülen besser  zu verstehen.

Seit 2001 forscht Materny an der Jacobs University. Das naturwissenschaftlich-technische Interesse liegt wohl in der Familie: Sein Vater war Physiker und Mathematiker, seine Tochter studiert Maschinenbau, sein Sohn strebt ein Elektrotechnik-Studium an. Materny selbst studierte in Bayreuth und Würzburg  bevor ihn ein Forschungsaufenthalt an das renommierte California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena führte. Dort forschte er in der Arbeitsgruppe des Nobelpreisträgers Ahmed H. Zewail. Zurückgekehrt nach Deutschland, habilitierte er sich in Würzburg.

Entspannung sucht und findet der 55-Jährige auf dem Fahrrad. Bei jedem Wind und Wetter fährt er mit dem Rad von seinem Haus in Lemwerder an die Jacobs University. Und im Sommer geht es auf große Tour: 2500 Kilometer mit wenig Gepäck, etwa durch Südosteuropa. Statt Beschäftigung mit Vorgängen in ultrakurzen Femtosekunden Entschleunigung und entspanntes Genießen der Natur.

 

Weitere Informationen:
http://amaterny.user.jacobs-university.de/
www.jacobs-university.de

Über die Jacobs University:
Die Jacobs University ist eine private, unabhängige, englischsprachige Universität in Bremen. Hier studieren junge Menschen aus der ganzen Welt in Vorbereitungs-, Bachelor-, Master- und PhD-Programmen. Internationalität und Transdisziplinarität sind die besonderen Kennzeichen der Jacobs University: Forschung und Lehre folgen nicht einem einzigen Lösungsweg, sie gehen Fragestellungen aus der Perspektive verschiedener Disziplinen an. Dieses Prinzip macht Jacobs Absolventen zu begehrten Nachwuchskräften, die erfolgreich internationale Karrierewege einschlagen.

Kontakt:
Thomas Joppig | Brand Management, Marketing & Communications
t.joppig [at] jacobs-university.de | Tel.: +49 421 200-4504