Das Wirrwarr der Natur ordnen

29. Oktober 2013, 19:43
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Der Physiker Michael Grünwald simuliert das Verhalten von Nanokristallen

Michael Grünwald wollte es immer schon ganz genau wissen. Als Volksschüler bastelte er Radios und Alarmanlagen aus dem Elektronikbaukasten - doch das war ihm nicht genug. Er wollte verstehen, wie sie funktionieren. Also vertiefte sich er sich in die Erklärungen am Ende der Anleitung. Er verstand kein Wort - und war so frustriert, dass ihm die Tränen kamen, wie der 1978 geborene Wiener heute erzählt.

Der Wunsch, komplexen Phänomenen der Natur auf den Grund zu gehen, treibt Michael Grünwald immer noch an. Als Physiker versucht er mittlerweile, auf dem Computer zu simulieren, was sich im Innersten fester Materialien abspielt. Für seine Arbeit, die an der University of California in Berkeley entstand, wurde er kürzlich mit dem "Young Scientist Award" der Vereinigung der österreichischen Wissenschafter in Nordamerika (Ascina) ausgezeichnet. Der Preis ist vom Wissenschaftsministerium mit 10.000 Euro dotiert.

Schon im Zuge seiner Dissertation verbrachte Grünwald vier Monate in Berkeley, um das Verhalten winziger Nanokristalle zu erforschen. Als Postdoc kehrte er für drei Jahre an die renommierte US-Uni zurück. Den Fokus seiner prämierten Arbeit umschreibt er mit einem Beispiel, der Verwandlung stinknormalen Grafits in ultraharte Diamanten. Kohlenstoffatome ordnen sich durch hohen Druck und entsprechende Temperaturen neu an, formen sich zu Diamanten - und bleiben es auch, wenn der Druck nachlässt. "Das ist eine große Ausnahme", sagt Grünwald. "Normalerweise nehmen Materialien ihre ursprüngliche Struktur an, wenn der Druck zurückgeht."

Wie nun Nanokristalle dazu gebracht werden können, auch unter normalen Bedingungen ihre Hochdruckstruktur beizubehalten, hat Grünwald auf dem Computer simuliert. Er verwendete dazu ein Halbleitermaterial, das sich etwa für neuartige Solarzellen eignen würde - sofern man dessen Strukturen kontrollieren kann. Es zeigte sich: Verpackt man die Kristalle in eine Schale aus einem anderen Material, bildet sich unter Druck eine Art Decke - und die hochwertige Struktur des Kerns bleibt bestehen. Die Simulation schaffte es auf die Titelseite der Fachzeitschrift Nano Letters.

Nach dem Postdoc in Berkeley kam Grünwald 2012 wieder an die Uni Wien zurück - mithilfe eines Erwin-Schrödinger-Stipendiums des FWF, das nicht nur den Auslandsaufenthalt, sondern auch die Rückkehrphase unterstützt. Derzeit versucht er, den Prinzipien der Selbstorganisation kleinster Teilchen auf die Schliche zu kommen. "Wir wollen die Strategie kopieren, mit der die Natur aus einem Wirrwarr an Bausteinen spontan nützliche Strukturen formt", schildert Grünwald. "Jede Zelle im Körper baut sich aufgrund bestimmter Wechselwirkungen zwischen den Molekülen auf. Das ist eines der fantastischsten Dinge, die es gibt."

Um zu verstehen, unter welchen Bedingungen Ordnung ins Chaos einkehrt, entwickelt Grünwald Simulationen mit Nanokristallen. Dabei versucht er die Wechselwirkungen zwischen den Kristallen zu beeinflussen, etwa mit elektrischen Ladungen.

Wo es ihn selbst in Zukunft hinzieht, ist noch offen: "Zurzeit bewerbe ich mich für interessante Stellen an Unis in Europa und den USA", sagt Grünwald. In Wien hat der verheiratete Vater zweier Kinder aber seine Wurzeln - und kann sich durchaus auch vorstellen, hier in die Industrieforschung zu wechseln - solange er weiterhin seiner Neugier folgen kann. (Karin Krichmayr, DER STANDARD, 30.10.2013)

  • Michael Grünwald wurde in den USA ausgezeichnet.
    foto: privat

    Michael Grünwald wurde in den USA ausgezeichnet.

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