Wissen


4

Chemie-Nobelpreis 2011 Entdecker der Quasikristalle geehrt

Der israelische Professor Dan Shechtman erhält den diesjährigen Nobelpreis für Chemie. Geehrt wird der 70-jährige Forscher für seine bahnbrechende Entdeckung der Quasikristalle. In diesen Strukturen sind Atome in Mustern angeordnet, die sich niemals wiederholen.

Stand: 05.10.2011 | Archiv

Dan Shechtman ist der Träger der Noblepreises für Chemie 2011 | Bild: picture-alliance/dpa

Bis zur Entdeckung der Quasikristalle im April 1982 galt solch eine Anordnung als unmöglich. Dan Shechtman habe durch seine Entdeckung den Wissenschaftlern einen neuen Blick auf Festkörper nahe gebracht. Die Entdeckung der Quasikristalle ist die Grundlage dafür, das Wesen der Kristalle neu zu definieren.

"In Quasikristallen finden wir die faszinierenden Mosaike der arabischen Welt auf der Ebene von Atomen reproduziert: reguläre Muster, die sich nie wiederholen. Doch diese Anordnung, die in den Quasikristallen entdeckt wurde, galt als unmöglich. Und Dan Shechtman musste einen harten Kampf gegen die etablierte Wissenschaft austragen. Der Nobelpreis 2011 hat grundsätzlich verändert, wie die Chemiker Festkörper verstehen."

Begründung der Jury

In einem normalen Kristall sind Atome beziehungsweise Moleküle in einer periodischen Struktur, also in einem regelmäßigen Muster angeordnet, die sich in jeder der drei Raumrichtungen wiederholt. Dagegen sind in den Quasikristallen die Atome beziehungsweise Moleküle in einer unregelmäßigen Struktur angeordnet, die aber dennoch mathematischen Gesetzen folgt.

Denken Sie an die Alhambra

Um sich das besser vorzustellen, sollte man an arabische Mosaike, wie sie in der Alhambra in Granada zu finden sind, denken. Dort sind die unterschiedlichsten Muster als Fliesenbänder zu sehen. Keines der Muster wiederholt sich, aber dennoch hat das Ganze eine Regelmäßigkeit und geht auf. So ist bei den Quasikristallen lokal jedes Atom regelmäßig, gesamt aber aperiodisch, das heißt von jeweils anderem Muster umgeben.

Häme und Widerstand

Stationen

  • Geboren 1941 in Tel Aviv, Israel
  • Nach seiner Doktorarbeit: in den Forschungslaboren der Wright Patterson Air Force Base in Ohio, USA, tätig. Forschungsgebiet: Mikrostruktur und physikalisch-metallische Eigenschaften von Titan-Aluminiden.
  • Ab 1975: am Institut für Materialwissenschaften am Technion, der Technischen Universität von Haifa, Israel.
  • 1981 - 1983: Sabbatical an der Johns Hopkins University. Studien zu rasch verfestigenden Aluminium-Metall-Legierungen.
  • Derzeit: Als emeritierter Professor am Technion-Institut Haifa.

Während eines Sabbaticals an der John Hopkins Universität in Baltimore entdeckte Shechtman 1982 die Quasikristalle. In einem Experiment kühlte er eine Schmelze aus Aluminium mit Mangan blitzschnell ab. Unter dem Elektronenmikroskop erkannte er die bisher unmöglich scheinende Kristallstruktur: eine fünfzählige Symmetrie. Zunächst war sich Shechtman selbst noch unsicher, zudem verlachten ihn seine Kollegen. So hatte er Probleme, seine sensationelle Entdeckung zu veröffentlichen. Doch auch nach der Publikation 1984, stieß er auf großen Widerstand, denn die Quasikristalle galten als gegenläufig zu den Naturgesetzen, wie das Nobelkomitee erinnerte. Seine Entdeckung sei "so unwahrscheinlich gewesen wie die Herstellung eines Fußballs lediglich aus Sechsecken, obwohl auch Fünfecke nötig sind".

Überfällige Ehrung für Grundlagenforschung

Nach Ansicht von Experten hat Dan Shechtman den Preis verdient. Gerhard Ertl, Chemie-Nobelpreisträger von 2007: "Das war ein Preis, der eigentlich schon vor einiger Zeit fällig gewesen wäre. Es ist wirklich eine ganz neue Art von Struktur und Materie." Die fünfstellige Symmetrie der Quasi-Kristalle widerspreche dem üblichen Ordnungsprinzip. "Im Grunde sind es eigentlich Kunstgebilde. Sie können durch besondere Präparationsmethoden von Legierungen erzeugt werden. "Primär ist es wohl Grundlagenforschung, die hier im Vordergrund steht", so Ertl. Man versuche aber, auf dieser Basis neue Stoffe zu erzeugen, die besonders fest sind oder gut leiten.

Bratpfannen, Dieselmotoren oder Rasierklingen

Nach der Bekanntgabe der Nobelpreis-Vergabe ...

In der Natur kommen Quasikristalle in verschiedenen Mineralien vor, so in einem Mineral, das 2009 in Russland entdeckt wurde. Außerdem in bestimmten Arten von Stahl, der durch ihre dichte Struktur besonders fest wird. Und mittlerweile können sie auch künstlich hergestellt werden. Noch ist es Zukunftsmusik, vorstellbar wäre aber der Einsatz dieses besonderen Stahls bei der Herstellung von Rasierklingen, Operationsgeräten, Bratpfannen und auch Dieselmotoren, um diese noch widerstandsfähiger zu machen. Denn das Interessante an Quasikristallen ist: Sie halten hohen Druck und extreme Hitze aus.

Deutsche Giftmischer & Querdenker

Chronik: Chemie-Preisträger der vergangenen Jahre

  • 2010: Richard F. Heck (USA), Ei-ichi Negishi  (Japan) und Akira Suzuki (Japan) für die Verbindung von Kohlenstoffatomen zu komplexen Molekülen
  • 2009: Venkatraman Ramakrishnan (USA), Thomas A. Steitz (USA) und Ada E. Jonath (Israel) für die Forschung zur Erbinformation in den Proteinen
  • 2008: Der in den USA forschende Japaner Osamu Shimomura und die beiden US-Amerikaner Martin Chalfie und Roger Tsien für die Entdeckung des grün fluoreszierenden Proteins GFP.
  • 2007: Gerhard Ertl (Deutschland) für seine Arbeiten zu chemischen Prozessen auf festen Oberflächen. Damit habe er die Grundlagen für die moderne Oberflächenchemie geschaffen.
  • 2006: Roger D. Kornberg (USA) für die Erforschung, wie die Zelle aus dem Bauplan in den Genen fertige Proteine herstellt.
  • 2005: Yves Chauvin (Frankreich), Robert H. Grubbs (USA) und Richard R. Schrock (USA) für die Entwicklung neuer Reaktionswege in der organischen Chemie, unter anderem zur Produktion von Plastik und Arzneien.
  • 2004: Aaron Ciechanover und Avram Hershko (beide Israel) sowie Irwin Rose (USA) für die Entdeckung eines lebenswichtigen Prozesses zum Abbau von Proteinen im Körper.
  • 2003: Peter Agre (USA) und Roderick MacKinnon (USA) für die Erforschung von Ionen- und Wasserkanälen der Körperzellen.
  • 2002: John B. Fenn (USA), Koichi Tanaka (Japan) und Kurt Wüthrich (Schweiz) für ihre Methoden zum Vermessen von biologischen Molekülen.
  • 2001: William S. Knowles (USA), Barry Sharpless (USA) und Ryoji Noyori (Japan) für die Beschreibung neuer Katalysatoren.

4