Gezielte Manipulation der Materie

2. August 2014, 17:08
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Der Physiker Alexander Grüneis stellt neue, extrem dünne Materialien her

"Wer erhielt 1921 den Nobelpreis für Physik für seine Arbeit über den Photoeffekt?" - in einer Ausgabe der ORF-Quizsendung Millionenshow von 2008 war diese Frage eine Million Euro wert. Von den vier Antwortmöglichkeiten (Niels Bohr, Werner Heisenberg, Albert Einstein und Max Planck) konnte der Kandidat nicht den richtigen nennen. Allgemein ist kaum bekannt, dass Einstein den Nobelpreis für die Erklärung des Effekts, der als eines der grundlegendsten Phänomene der Quantenmechanik gilt, erhielt und nicht für die Entwicklung der Relativitätstheorie.

Einstein konnte den Effekt, bei dem Elektronen aus einer Metallplatte herausgeschlagen werden, sobald diese mit Licht bestrahlt wird, nur dadurch erklären, dass er annahm, dass Licht aus Teilchen - genannt Photonen - besteht. Bis heute fasziniert der sogenannte Photoeffekt, der seit dem 19. Jahrhundert bekannt ist, die Wissenschaft.

Auch für den Physiker Alexander Grüneis ist der Photoeffekt ein zentrales Element seiner Forschung. Kürzlich wurde ihm für seine Arbeit im Bereich der Materialphysik vom Wissenschaftsfonds FWF der renommierte Start-Preis zugesprochen.

In Grüneis' Forschung geht es darum, neue Materialien herzustellen und deren Eigenschaften zu untersuchen. Die Besonderheit dieser Materialien ist, dass es sich um eine Kombination von sehr flachen Stoffen wie Graphen handelt, die nur ein Atom dick sind. Durch die Wahl der Anordnung ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften zu variieren und zu kontrollieren - in einer Weise, wie das zuvor nicht möglich war.

Das Verfahren, das Grüneis anwendet, um die erzeugten Materialien zu untersuchen, nennt sich Photoemissions-Spektroskopie. Die Grundidee dabei ist, das Material mit Licht zu bestrahlen. Durch den Photoeffekt werden dabei Elektronen aus dem Material gelöst. Misst man diese und analysiert ihre Eigenschaften, sind dadurch "Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Materials möglich", sagt Grüneis.

Anwendungen bei der Hochtemperatursupraleitung

Als eine mögliche Anwendung seiner Forschung nennt Grüneis Beiträge zur Hochtemperatursupraleitung. Die Supraleitung ist ein Effekt, bei dem Materialien extrem gute Stromleiter werden - beinahe ohne elektrischen Widerstand. Meist tritt dieses Phänomen bei extrem niedrigen Temperaturen auf - je nach Material bei um die minus 260 Grad Celsius. Es gibt aber auch einige wenige Materialien, bei denen die Supraleitung bei deutlich höheren Temperaturen um die minus 140 Grad einsetzt - man spricht von Hochtemperatursupraleitern.

Im Gegensatz zur gewöhnlichen Supraleitung konnte für die Supraleitung bei hohen Temperaturen bisher noch keine Erklärung gefunden werden. Doch Grüneis' Forschung könnte dazu einen Beitrag leisten.

Nach einer Diplomarbeit an der Universität Wien ging der gebürtige Linzer für das Doktoratsstudium nach Japan an die Tohoku-Universität. Nach einem Postdoc in Dresden kam er 2008 als Universitätsassistent nach Wien zurück. Seit diesem Jahr ist er Juniorprofessor für Experimentalphysik an der Universität Köln.

Der 39-Jährige hat zwei Kinder - ein und vier Jahre alt. Dass sie "typische Kinderinteressen" haben und sich nicht für seine Forschung oder Physik interessieren, findet er "sehr gut - sonst müsste ich mir Sorgen machen". (Tanja Traxler, DER STANDARD, 30.7.2014)

  • Grüneis forscht zu Supraleitung bei hohen Temperaturen.

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