Notizen

<h2>Ein neues Modell für Kooperationen</h2>
Mittel- und langfristige Partnerschaften zwischen Hochschulen und Forschungsinstituten auf der einen und Unternehmen auf der anderen Seite fördert das Bundesministerium für Forschung und Bildung (BMBF). Die neue Förderinitiative “Forschungscampus Deutschland” soll dazu beitragen, aus Forschungsergebnissen schneller marktfähige Produkte zu machen. Zehn neue Partnerschaften können bis zu 15 Jahre lang jedes Jahr ein bis zwei Mio. Euro Fördergelder erhalten. Bewerbungsschluss ist der 15. Februar 2012.
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<h2>Kaum berufsbegleitende und duale Studiengänge</h2>
Etwa 800 berufsbegleitende und duale Bachelor- und Masterstudiengänge gibt es in Deutschland, die meisten davon in den Wirtschaftswissenschaften. In den Naturwissenschaften gibt es zwar entsprechende Bachelorstudiengänge an Fachhochschulen, aber keine an Universitäten und so gut wie keine berufsbegleitenden Masterstudiengänge. Diese sind die Ergebnisse einer Studie des Hochschulinformationssystems im Auftrags des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.
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<h2>Die Doktorarbeit verständlich machen und gewinnen</h2>
Junge Wissenschaftler, die ihre Promotion im Jahr 2011 abschließen oder abgeschlossen haben, können sich bis zum 29. Februar 2012 um den Klaus-Tschira-Preis für verständliche Wissenschaft bewerben. Dazu müssen sie in Biologie, Chemie, Informatik, Mathematik, Neurowissenschaften oder Physik hervorragende Forschungsergebnisse erzielt haben und ihre Doktorarbeit auf 8000 bis 9000 Anschlägen allgemein verständlich auf Deutsch zusammenfassen. Jeder Gewinner in einem der sechs Fächer erhält 5000 Euro.
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<h2>Drittmittelquelle EU</h2>
Deutsche Hochschulen haben im Jahr 2008 fast 9 % ihrer Drittmittel aus dem EU-Forschungsrahmenprogramm eingeworben. Bei außeruniversitären Einrichtungen lag der Anteil zwischen 7 und 10 %. Bis Ende 2010 erhielten deutsche Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen von der EU fast 19 % der Mittel, die das Rahmenprogramm für den gesamten europäischen Forschungsraum zur Verfügung stellt. Dies entspricht vollständig dem deutschen Finanzierungsbeitrag.
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<h2>Meereswissenschaften in der Helmholtz-Gemeinschaft</h2>
Ab 2012 gehört das Institut für Meereswissenschaften IFM-Geomar an der Universität Kiel zur Helmholtz-Gemeinschaft. Das Institut gehört bisher zur Leibniz-Gemeinschaft. Forschungsschwerpunkte sind Ozeanzirkulation und Klimadynamik, marine Biogeochemie, marine Ökologie sowie Dynamik des Ozeanbodens.
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<h2>Dechemax-Schülerwettbewerb</h2>
Gruppen aus drei bis fünf Schülern der Klassen 7 bis 11 können ab sofort am Dechemax-Schülerwettbewerb der Dechema teilnehmen. Thema ist “Alltag 2050 — chemische Zukunftsvisionen”. In den ersten acht Wochen beantworten die Schüler jede Woche eine Frage im Internet, um sich für die nächste Runde zu qualifizieren. In der zweiten Runde experimentieren die Gruppen, dabei sind die Experimente am Küchentisch machbar. Die drei besten Teams erhalten jeweils ein Preisgeld von 250 Euro und eine Einladung zur Achema 2012 nach Frankfurt.
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<h2>Zu wenig Mathematik</h2>
Für eine bessere Abstimmung der Mathematik an Gymnasien und Hochschulen setzen sich die Mathematik-Verbände ein. Schlechte mathematische Bildung sei ein Grund für hohe Studienabbrecherquoten in Natur- und Ingenieurwissenschaften.
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<h2>Chancengleicheit an Hochschulen</h2>
Ein Ranking der deutschen Hochschulen nach Gleichstellungsaspekten hat das Kompetenzzentrum Frauen in Wissenschaft und Forschung CEWS vorgelegt. Das Ranking erscheint alle zwei Jahre, die aktuellen Daten stammen aus dem Jahr 2009.
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Artikel

Forschung und Bildung

Ein neues Modell für Kooperationen Mittel- und langfristige Partnerschaften zwischen Hochschulen und Forschungsinstituten auf der einen und Unternehmen auf der anderen Seite fördert das Bundesministerium für Forschung und Bildung (BMBF). Die neue Förderinitiative “Forschungscampus Deutschland” so...

Magazin

Daniel Shechtmans Beobachtung einer 10-zähligen Symmetrie verstieß gegen die bekannten Gesetze der Kristallographie: Dreidimensionale (3D) Gitterperiodizität ist nur vereinbar mit 1-, 2-, 3-, 4- und 6-zähliger Drehsymmetrie. In anderen Probenorientierungen aufgenommene Beugungsbilder zeigten dann die volle ikosaedrische Punktsymmetrie. Seine Entdeckung stieß jedoch nicht nur bei seinen damaligen Kollegen am National Institute of Standards (NIST), Gaithersburg, Maryland, auf Skepsis. Auch der zweifache Nobelpreisträger Linus Pauling tat Shechtmans Beobachtungen als Fehlinterpretation verzwillingter kubischer Kristalle ab. Shechtman kämpfte mehr als zwei Jahre gegen diese Widerstände, bis er seine Entdeckung mit Hilfe dreier Koautoren Ende 1984 schließlich doch publizieren konnte.1
Mittlerweile ist klar, dass ikosaedrische Beugungssymmetrie und scharfe Bragg-Reflexe kein Widerspruch sein müssen. Eine elegante Veranschaulichung bietet die höherdimensionale Einbettungsmethode. Damit kann man die Beugungsbilder als Projektionen aus dem sechsdimensionalen (6D) Raum auffassen, in dem ja ikosaedrische Gittersymmetrie möglich ist. Aufgrund der mathematischen Beziehungen zwischen Struktur und Beugungsbild lässt sich dann eine 3D-quasiperiodische Struktur als Schnitt durch einen 6D-Hyperkristall beschreiben.2


<h2>Außergewöhnliche Fernordnung</h2>
Shechtmans Al-Mn-Quasikristall war metastabil und ließ sich nur durch rasches Abschrecken nach dem Schmelzspinnverfahren, das auch zur Herstellung metallischer Gläser dient, gewinnen. Heute kennt man neben metastabilen auch viele stabile Quasikristalle in mehr als fünfzig intermetallischen Systemen.2 Mit Standardverfahren lassen sich diese genauso groß und perfekt wie andere Metallkristalle züchten. Binäre Quasikristalle haben meist eine wohl definierte Stöchiometrie, ternäre zeigen dagegen häufig einen großen Stabilitätsbereich. Ob Quasikristalle Hochtemperaturphasen sind oder auch bei beliebig tiefen Temperaturen thermodynamisch stabil, lässt sich aus kinetischen Gründen nicht experimentell überprüfen. Quantenmechanische Rechnungen an quasiperiodischen Strukturen sind ebenfalls nicht möglich, da es mit heutigen Methoden immer noch periodischer Randbedingungen bedarf.
Quasikristalle gehören in die große Gruppe intermetallischer Verbindungen. In den Systemen, die Quasikristalle enthalten, findet man häufig — bei etwas anderen Stöchiometrien — ihre Approximanten. Diese sind aus den gleichen Strukturbausteinen (“Cluster”3) aufgebaut wie die Quasikristalle, besitzen aber regulär periodische Kristallstrukturen. Lokal unterscheiden sich Quasikristalle also nicht von anderen komplexen, clusterbasierten intermetallischen Phasen. Der entscheidende Unterschied liegt in ihrer außergewöhnlichen Fernordnung.
Die Kristallstruktur einer intermetallischen Verbindung ergibt sich immer als Kompromiss zwischen der energetisch günstigsten lokalen Atomkonfiguration (Cluster) und deren dichtest möglichen globalen Packung. Die häufige Unter- oder Mischbesetzung von Atomlagen in komplexen intermetallischen Phasen weisen auf Optimierungsprobleme hin. Im Fall der Quasikristalle können mit fast der gleichen Zusammensetzung der Cluster sowohl periodische als auch quasiperiodische Strukturen entstehen. Der entscheidende Unterschied liegt darin, dass auf Grund der nichtkristallographischen (ikosaedrischen) Symmetrie der Cluster, die quasiperiodische die effizientere Form der Anordnung bei bestimmten Stöchiometrien ist.4 Zudem erlaubt dann die Übereinstimmung der lokalen Clustersymmetrie mit der globalen Symmetrie der Kristallstruktur auch, dass sich ein energetisch günstiges 3D-Netzwerk ausbildet. Dieses besteht aus mit Atomen besetzten, einander durchdringenden Ebenen (Atomebenen)5 und ähnelt den Befunden bei komplexen kubischen intermetallischen Verbindungen.6


<h2>Harte und weiche Quasikristalle</h2>
In den letzten Jahren zeigte sich, dass Quasikristalle nicht nur eine Domäne der intermetallischen Phasen sind, sondern unter bestimmten Bedingungen auch in kolloidalen Systemen oder Terpolymeren auftreten. Während intermetallische Quasikristalle überwiegend 10-zählige oder ikosaedrische Beugungssymmetrie aufweisen, zeigen diese “weichen Quasikristalle” zumeist 12-zählige Symmetrie; auch Strukturen mit 18-zähliger Beugungssymmetrie wurden kürzlich gefunden.7 Da bei weichen Quasikristallen eine elektronische Stabilisierung der Struktur (Hume-Rothery-Mechanismus) wie bei intermetallischen Quasikristallen nicht in Frage kommt, gelten hier spezielle Wechselwirkungspotenziale als Ursache.
Intermetallische Quasikristalle zeigen wegen ihrer speziellen elektronischen Struktur einige physikalische Eigenschaften, die sich von jenen periodischer Phasen unterscheiden, aber bei ihren Approximanten auch schon ansatzweise vorhanden sein können. So nimmt z. B. die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Quasikristalle im Gegensatz zu normalen Metallen mit fallender Temperatur ab. Auf Grund ihrer niedrigen Oberflächenenergie können sie Anti-Hafteigenschaften haben, und ihre hohe Alterungsbeständigkeit macht sie zur Dispersionshärtung von Legierungen geeignet.8 Die interessantesten Anwendungen von quasiperiodischen Strukturen finden sich gegenwärtig bei photonischen und phononischen Quasikristallen.9
Mittlerweile gibt es mehr als 10 000 Veröffentlichungen zum Thema Quasikristalle (zum Vergleich: Über Fullerene gibt es inzwischen fast 30 000 Publikationen). Dennoch sind grundlegende Fragen zu Quasikristallen noch offen: Wie sieht der Bildungsmechanismus von quasiperiodischen Strukturen auf atomarer Ebene aus? Stellen quasiperiodische Strukturen einen Grundzustand der Materie dar oder benötigt es auch immer entropischer Beiträge zu ihrer Stabilisierung? Wie sieht die Lösung der Schrödingergleichung für Quasikristalle aus, gibt es quasiperiodische Blochwellen? 


— — — Den Chemie-Nobelpreis 2011 erhält der israelische Wissenschaftler Daniel Shechtman für “die Entdeckung der Quasikristalle”.
Shechtman wurde im Jahr 1941 in Tel Aviv geboren. Er studierte Maschinenbau und Materialwissenschaften an der Technischen Universität Israels (Technion) in Haifa und wurde dort im Jahr 1972 promoviert. Anschließend arbeitete er als Stipendiat des nationalen Forschungsrats der USA (NRC) in einem Forschungslabor der US-Luftwaffe. 1975 wurde er Mitarbeiter und später Professor in der materialwissenschaftlichen Fakultät des Technions. Er war mehrmals für längere Forschungssemester an US-amerikanischen Forschungseinrichtungen tätig; auch die Quasikristalle entdeckte er während eines zweijährigen Forschungsaufenthalts am National Bureau of Standards (heute: National Institute of Standards, NIST) der USA.
Shechtman ist verheiratet und Vater von vier Kindern. Er ist der vierte Chemie-Nobelpreisträger aus Israel.


— — — Nachrichten aus der Chemie:Die Protagonisten der Quasikristallforschung in Deutschland sind meist Physiker. Chemiker wie Sie sind eher Exoten.
Bernd Harbrecht: Das ist sogar weltweit so. Die meisten, die sich mit Quasikristallen beschäftigen, kommen aus der Experimentalphysik, der Kristallographie, der Mathematik oder der Materialforschung. Dan Shechtman selbst ist Materialwissenschaftler, der eine typische Domäne der Metallphysik — den glasartigen Zustand — bearbeitete, als er die Quasikristalle entdeckte. Ich vermute, dass die Abstraktheit des Forschungsgegenstands viele Chemiker abschreckt. Quasikristalle lassen sich zwar behandeln wie ganz normale Kristalle, aber nicht im uns vertrauten dreidimensionalem Raum, sondern in höherer Dimension. Und die vierte, fünfte oder sechste Dimension sind nun mal Vorstellungswelten, die vielen Chemikern fremd sind.
Nachrichten: Hat es Sie überrascht, dass der Nobelpreis für Chemie und nicht für Physik verliehen wurde? 
Harbrecht: Ja — und sicher viele andere auch. Insbesondere da ja nicht primär Chemiker die Quasikristall-Forschung vorangetrieben haben. Andererseits wurden schon zuvor kristallographische Arbeiten mit dem Chemie-Nobelpreis gewürdigt: Kurz nach der Entdeckung der Quasikristalle 1985 etwa ging er an Jerome Karle und Herbert Hauptmann für die Entwicklung der direkten Methoden zur effizienten Kristallstrukturanalyse. Was mich noch mehr überrascht hat, war, dass der Nobelpreis erst jetzt vergeben wurde. Ich habe nicht mehr daran geglaubt, dass das Nobelpreiskomitee Shechtmans ungewöhnliche Entdeckung und seine mutige Schlussfolgerung honorieren wird.
Nachrichten: Sie haben Ende der 80er Jahre Ihren Habilitationsvortrag über Quasikristalle gehalten, ohne schon einmal einen hergestellt zu haben. Später hat Ihre Gruppe dann ein thermisch stabiles quasikristallines Tantaltellurid mit der sehr seltenen Symmetrie eines regulären Zwölfecks aufgedeckt. Insgesamt ist das Anwendungspotenzial der Quasikristalle aber eher klein geblieben ist. Hatte man sich da mehr erhofft?
Harbrecht: Ja, das trifft zu. Ein Beispiel für ein erfolgreiches Projekt — eine Legierung aus Al, Fe und Cu — war die Beschichtung von Bratpfannen, sicher keine revolutionäre Neuerung, eher ein verbessertes Teflon. Auch entdeckte man im Nachgang in einigen High-Tech-Werkstoffen härtende quasikristalline Ausscheidungen. Man weiß inzwischen, dass etliche auffällige sowie nützliche Eigenschaften von Quasikristallen nicht exklusiv ihrem exotischen Ordnungszustand zuzuschreiben sind, sondern beispielsweise auch bei ihren strukturell komplexen, kristallinen Konkurrenten nur marginal verändert ebenfalls zu finden sind.
Nachrichten: Die Zahl der Arbeiten zu Quasikristallen nimmt laut Web of Science seit einigen Jahren ab. Sind Quasikristalle eigentlich noch in?
Harbrecht: Die Zahl der Publikationen ist in den letzten zehn Jahren tendenziell gesunken. Viele Gruppen, die früher exklusiv an Quasikristallen forschten, haben sich zusätzliche Standbeine geschaffen. Die Quasikristallforschung ist heute in ein Forschungsfeld integriert, das sich auf breiterer Basis mit Ausdrucksformen und Ursachen struktureller Komplexität bei intermetallischen Phasen und den Eigenschaften solcher Materialien befasst. Da gibt es noch viel zu lernen, bis wir für diese Stoffe hinsichtlich des wechselseitigen Einflusses zwischen Zusammensetzung, Bindung, Struktur und Eigenschaften über so produktive Konzepte verfügen wie für Moleküle oder Halbleiter. Bei Quasikristallen sind die zu überwindenden Hürden noch erheblich höher. Um sie zu nehmen, bedarf es einer Erweiterung des methodischen Repertoires.


— — — Im Jahresrückblick 1985 berichteten die Nachrichten über die Entdeckung der Quasikristalle [Nachr. Chem. Tech. Lab. 1986, 34, 113] . Damals schrieb Martin Jansen, heute Direktor am Stuttgarter Max-Planck-Institut für Festkörperforschung:


— — — Walter Steurer ist seit dem Jahr 1993 Professor für Kristallographie an der ETH Zürich. Er studierte Chemie an der Universität Wien und promovierte dort 1979. Die Habilitation folgte im Jahr 1987 an der LMU München. Steurer ist Autor des Standardwerks Crystallography of Quasicrystals.10)



<ul>
<li>
1 

 
D. Shechtman, 
I. Blech, 
D. Gratias, 
J. W. Cahn, 
<source>Phys. Rev. Lett. 
(1984), 
53, 
1951.
</li>
<li>
2 

 
W. Steurer, 
S. Deloudi, 
<source>Acta Crystallogr. A 
(2008), 
64, 
1.
</li>
<li>
3 

 
C. L. Henley, 
M. de Boissieu, 
W. Steurer, 
<source>Philos. Mag. 
(2006), 
86, 
1131.
</li>
<li>
4 

W. Steurer, S. Deloudi, Struc. Chem. 2011, online first.
</li>
<li>
5 

W. Steurer, Z. Anorg. Allgem. Chem. 2011, online first.
</li>
<li>
6 

 
J. Dshemuchadse, 
D. Y. Jung, 
W. Steurer, 
<source>Acta Crystallogr. B 
(2011), 
67, 
269.
</li>
<li>
7 

 
S. Fischer, 
A. Exner, 
K. Zielske, 
S. Förster, 
J. Perlich, 
S. Deloudi, 
W. Steurer, 
P. Lindner, 
<source>Proc. Natl. Acad. Sci. USA 
(2011), 
108, 
1810.
</li>
<li>
8 


J. M. Dubois, 
<source>Useful Quasicrystals. <publisher-loc>Singapore</publisher-loc>, <publisher-name>World Scientific</publisher-name>, 2005.

</li>
<li>
9 


W. Steurer, 
D. Sutter-Widmer, 
<source>J. Phys. D: Appl. Phys., 
2007, 
40, 
R229.

</li>
<li>
10 


W. Steurer, 
S. Deloudi, 
<source>Crystallography of Quasicrystals. Concepts, Methods and Structures. Springer Series in Materials Science, Vol. 126, <publisher-name>Springer</publisher-name>, <publisher-loc>Heidelberg</publisher-loc>, 2009.

</li>
</ul>

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