Potsdamer Quantendynamiker jetzt in Garching

Im Rahmen des Exzellenzclusters „Munich-Centre for Advanced Photonics“ (MAP) entstand eine W2-Professur für Theoretische Chemie an der Technischen Universität München (TUM), für die jetzt Prof. Dr. Mathias Nest aus Potsdam gewonnen werden konnte. Nest arbeitet auf zwei Gebieten der Quantendynamik: Er interessiert sich zum einen für die Dynamik von Elektronen in Atomen und Molekülen, und zum anderen für die Berechnung von Elementarschritten der Katalyse.

Ultraschnelle Elektronendynamik

Die Dynamik von Elektronen in Atomen und Molekülen zu untersuchen, ist sowohl ein Forschungsprojekt von Mathias Nest, als auch eines der Gebiete des MAP.  Elektronen sorgen nicht nur dafür, dass Proteine und Gene richtig funktionieren, sondern sie sind auch die funktionstechnische Basis von Computern, Handys und vielen anderen modernen Geräten. Durch die fortschreitende Miniaturisierung werden quantenmechanische Effekte für das Verhalten der Elektronen immer wichtiger. Das Verständnis und die Beschreibung dieser Effekte ist eines der Ziele seiner Forschung. Da die Zeit, die ein Elektron benötigt, um auf äußere Einflüsse zu reagieren, einige Attosekunden (1 as entspricht 10-18 s) beträgt, ist dadurch die Zeitskala der schnellstmöglichen Antwort von Materie auf elektromagnetische Anregung bestimmt. Die Wissenschaftler des Exzellenzclusters versetzen mit Hilfe von genau kontrollierten Attosekunden-Laserpulsen Elektronen in verschiedene energetisch angeregte Zustände, mit dem Ziel der Kontrolle von Materialeigenschaften und Prozessen. Nest unterstützt die Experimente durch  Rechnungen, in denen die Pulsparameter für verschiedene Zwecke, zum Beispiel einen  Bindungsbruch, optimiert werden. Dabei ist die Entwicklung neuer Rechenverfahren einer seiner Schwerpunkte.

Katalyse für die Wissenschaft

In einem zweiten Forschungsfeld befasst sich Nest mit Elementarschritten von Reaktionen auf Oberflächen. Hierbei handelt es sich um einen Spezialfall der so genannten heterogenen Katalyse, die zur Beschleunigung von chemischen Reaktionen einzusetzen ein bereits seit mehr als hundert Jahren bewährtes und bekanntes Verfahren ist. So wurde eine intensive Landbewirtschaftung erst möglich durch die Herstellung von künstlichem Stickstoffdünger. Mit dem so genannten Haber-Bosch-Verfahren konnte aus Stickstoff und Wasserstoff großtechnisch Ammoniak hergestellt werden. „Fritz Haber musste noch an die 6000 verschiedene Metalllegierungen auf ihre katalytischen Eigenschaften testen. Wir versuchen heute für ähnliche Probleme die einzelnen Schritte zu berechnen, und damit sehr viel schneller beispielsweise die richtigen Katalysatoren zu finden“, erklärt Nest die Bedeutung seines zweiten großen Projekts. Theoretiker verhelfen so den Experimentatoren, schneller aus einer Phase von Versuch und Irrtum heraus zu finden und effizienter zu forschen.

Auch Mathias Nest ist bei seiner Forschung auf internationale Zusammenarbeit angewiesen. So tauscht er sich häufig mit anderen Theoretikern aus dem Weizmann-Institut, der Ben-Gurion-Universität und der Hebräischen Universität in Israel aus, arbeitet aber auch mit Kollegen aus Belgien zusammen. Seine Arbeit ist damit ein weiterer Meilenstein der internationalen Vernetzung der Wissenschaftler auf dem Garchinger Forschungscampus. 

Kontakt:

Prof. Mathias Nest
Theoretische Chemie
TU München
Lichtenbergstr 4
85747 Garching
Tel.: 089-289 13770

E-Mail: mathias.nest@ch.tum.de