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Suche nach dem perfekten Molekül

Humboldt-Wissenschaftler zu Gast: Dr. Peng Zhang

Das Entwerfen und die anschließende Synthese neuartiger Moleküle im Nanobereich ist das Forschungsvorhaben des Chemikers Dr. Peng Zhang aus China. Dabei will der Humboldt-Stipendiat am Institut für Physikalische Chemie der Universität Stuttgart (IPC) die Eigenschaften von Molekülen modifizieren, um ihre Funktionsweise zu verbessern.

Einzelne Moleküle sollen wie Magnete wirken können, so die Idee. Wenn dies gelingt, könnten solche Moleküle künftig für die magnetische Datenspeicherung eingesetzt werden. Eine besondere Herausforderung ist dabei, dass Luft und Wasser die Herstellung der Moleküle stören und deshalb ausgeschlossen werden müssen. Deshalb führt Zhang seine Synthese in der sogenannten Glovebox durch, eine Arbeitsmethode, mit der er in seiner Heimat schon Erfahrungen gesammelt hat.

Joris van Slageren ist Professor für moderne spektroskopische Methoden und molekularen Nanomagnetismus am IPC und kennt Zhangs Doktorvater seit vielen Jahren. Nachdem er von Zhang eine Bewerbung bekommen hatte, sprach er mit dessen Doktorvater und direkt mit Zhang. Der wissenschaftliche Werdegang und das Forschungsvorhaben des Postgraduierten überzeugten van Slageren, so dass er ihm für ein Jahr eine Stelle an seinem Institut anbot. Weil Zhangs Vorhaben großes Potential hat, befand auch die Humboldt-Stiftung seine Ambitionen als förderwürdig.

Geduld und Ausdauer
Sein chinesischer Doktorvater hatte in Deutschland promoviert und dort sieben Jahre lang gearbeitet. Das weckte auch in Peng Zhang vom Changchun Institute of Applied Chemistry (CIAC) den Wunsch, seine Forschungen zumindest zeitweilig nach Deutschland zu verlagern. „Das wissenschaftliche Gebiet, auf dem ich arbeite, ist hier schon deutlich weiter“, erklärt der Chemiker, dessen Humboldt-Stipendium von 1. Januar 2017 bis Ende Dezember 2018 läuft.

„Ich habe damals viele E-Mails nach Deutschland geschickt. Eine Postdoc-Stelle zu finden, war fast so schwierig, wie in Stuttgart eine Unterkunft für meine Frau und mich zu finden“, berichtet der Chinese lächelnd. Doch in beiden Fällen war der Forscher erfolgreich. Wieder einmal zeigte sich, wie ein international agierendes wissenschaftliches Netzwerk dafür sorgen kann, dass sich Personen treffen, deren Zusammenarbeit die Forschung beschleunigt.

 

Der Chemiker Dr. Peng Zhang aus China führt die Synthese der neuartigen Moleküle in der Glovebox durch. (c) Roeder
Der Chemiker Dr. Peng Zhang aus China führt die Synthese der neuartigen Moleküle in der Glovebox durch.

Moleküle als hochwirksame Datenspeicher
Van Slageren und seine Gruppe von Forschern untersuchen molekulare magnetische Materialien. Sie sind getrieben von der Idee, dass es prinzipiell möglich sein muss, in einem Molekül ein Datenbit zu speichern. Eine wegweisende Vorstellung, denn Moleküle sind sehr viel kleiner als die magnetischen Teilchen, die heutzutage in Festplatten benutzt werden. „Es würde zu deutlich erhöhten Datendichten auf Festplatten führen“, erklärt Zhangs Gastprofessor und nennt den beeindruckenden Faktor 100 bis 1.000.

Am Institut ist man auf die physikalische Messung der Eigenschaften von Molekülen spezialisiert. Mit ihrer Grundlagenforschung wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verstehen, warum bestimmte Moleküle eine stabile Magnetisierung zeigen und warum andere Moleküle das nicht tun.

Wissenschaftliches Geben und Nehmen
Zhang profitiert bei seiner Arbeit von den physikalischen Messmethoden am Institut in Stuttgart. „Ich muss einige der magnetischen Messverfahren wie Elektronenspinresonanz (EPR) und Magnetischer Zirkulardichroismus (MCD) erlernen“, sagt er und fügt hinzu: „Diese Geräte für Messverfahren, mit denen die elektronische Struktur und die magnetischen Eigenschaften besser verstanden werden können, haben wir in China nicht.“ Der Chemiker wiederum bringt seine Expertise dazu ein, wie neuartige Moleküle synthetisiert werden. „Dieses neue Molekül, wie wir es wollen, gibt es leider noch nicht. Ich muss es erst synthetisieren“, erklärt er seinen Auftrag. Die Suche nach dem perfekten Molekül ist echte Sisyphusarbeit. Zusammen mit den anderen Mitgliedern der Arbeitsgruppe untersucht Zhang die Eigenschaften des jeweils neuhergestellten Moleküls. Die Ergebnisse dieser physikalischen Messungen erlauben es ihm, im nächsten Schritt ein abermals besseres Molekül zu entwerfen und anschließend zu synthetisieren.