Mit internationalem Team: Professor der Uni Regensburg enträtselt Physik-Geheimnis
Mit einem internationalen Team forschte der Uni-Professor Franz Gießibl zur dynamischen Reibung. Die Ergebnisse, die bei dem Forschungsprojekt herauskamen, gelten als bahnbrechend.
Viel Ruhe hat sich Franz Gießibl in der letzten Zeit nicht gegönnt. „Ich bin gerade erst von einer Tagung aus Singapur zurückgekommen“, sagt der Nanowissenschaftler, der kurz nach seiner Reise schon wieder in seinem Büro in der Fakultät für Physik der Universität Regensburg sitzt.
Dass bei dem Professor, der den Lehrstuhl für Quanten-Nanowissenschaft inne hat, einiges los ist, hat jedoch einen sehr erfreulichen Hintergrund. Gemeinsam mit einem Team der japanischen Universität Kanazawa, des spanischen Donostia International Physics Center und Forschenden der Universität Regensburg hat Gießibl ein physikalisches Geheimnis enträtselt, das mit der dynamischen Reibung auf atomarer Ebene zusammenhängt.
Aus wissenschaftlicher Sicht ist diese Forschungsarbeit bahnbrechend. Die Studienergebnisse sind unter anderem in der amerikanischen Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht worden, einer der international renommiertesten Zeitschriften auf dem Gebiet der Physik.
Atome als „kleinste Bausteine
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Als Laie ohne Kenntnisse in der Quantenphysik die Bedeutung dahinter zu verstehen, ist jedoch nicht ganz einfach. „Eigentlich ist es ja unser Job als Professoren, dass wir Dinge so erklären, dass man sie einfach verstehen kann“, sagt Gießibl und lacht.
Er fängt deshalb ganz von vorne an. „Wenn man zum Beispiel die Hände aneinanderreibt, dann werden sie warm. Es wird sogar richtig heiß. Diese Temperatur ist eigentlich eine Bewegung der Atome. Wir sind alle aus Atomen aufgebaut – und nicht nur wir, im ganzen Weltall gibt es rund 100 Typen von chemischen Elementen.“
Mit diesen „kleinsten Bausteinen“, die man sich im weitesten Sinne als Kugeln vorstellen könne, beschäftigen sich Gießibl und seine Kollegen. „In der Studie haben wir uns einen ganz einfachen Fall der Reibung angeschaut. Wir haben ein winziges Kohlenstoffmonoxid-Molekül auf eine Metalloberfläche gesetzt. Da bewegt es sich normalerweise nicht weg“, sagt er, „außer, wir kommen mit einer elektrisch leitfähigen Spitze.“ In dem Experiment habe man schließlich mit speziellen Geräten – unter anderem mit Rastersondenmikroskopen – begonnen, „Zeile für Zeile“ der Oberfläche abzutasten und die Atome herumzuschieben.
Forschungen liefern unerwartete Ergebnisse
„Was wir dabei neu entdeckt haben, sind die Kräfte zwischen den Atomen“, so der Professor. Beim Schieben des Moleküls werde ein mysteriöser Brückenzustand ausgebildet. „Dass dieser Zwischenzustand existiert, haben wir zum ersten Mal gesehen“, sagt er.
Warum genau diese Erkenntnis wichtig sei – darauf kann der Professor keine allgemeingültige Antwort geben. „Zumindest keine sehr zufriedenstellende“, sagt er. „So ein Quantenphänomen, das hier zutage gekommen ist, begegnet uns im Alltag nicht oft. Für die Forschung ist es aber sehr bedeutend.“ Die Ergebnisse würden nicht nur ganz neue Einblicke in ein seit langem untersuchtes Phänomen liefern, sondern auch den Weg für künftige Studien über die atomaren Prozesse bei der Umwandlung mechanischer Energie in Wärme ebnen.
Bis das Forschungsteam dieses physikalische Geheimnis enträtselt hatte, vergingen mehrere Jahre. Das Projekt startete 2019. „Man beginnt oft mit einer vagen Idee, die man beweisen will. Dann ist kein Abend zu spät und kein Morgen zu früh.“ Indem man auf Tagungen gehe und sich mit Kollegen austausche, finde man in vielen Fällen erst heraus, für wen Ergebnisse relevant seien. „Das ist auch ein kreativer Akt“, sagt der Professor.
Im Laufe seiner 40-jährigen Karriere hat Gießibl etwa 15 Artikel in den Physical Review Letters publiziert. Auch die neue gemeinschaftliche Veröffentlichung bedeutet ihm viel. „Es war ein Ergebnis, das nicht absehbar war“, sagt er. Hervorheben will er vor allem die Zusammenarbeit auf internationaler Ebene. Dass verschiedene Mentalitäten und Hintergründe zusammenkommen würden, sei sehr hilfreich. „Es ist spannend, die verschiedenen Sichtweisen zu sehen, die sich ergänzen“, sagt er, „gerade in dieser Zeit, in der es überall Konflikte gibt, ist das etwas ganz Tolles.“