Spektakuläre Spektroskopie

R. J. Dwayne Miller erhält den E. Bright Wilson Award für Spektroskopie des Jahres 2015 der American Chemical Society (ACS) „für die Entwicklung der Femtosekunden-Elektronenbeugung und kohärenter spektroskopischer Methoden zur direkten Beobachtung und Kontrolle der chemischen Dynamik auf atomarer Ebene“. Millers Arbeit schuf ein gänzlich neues Feld, das allen Forschern Zugang zur direkten Beobachtung atomarer Bewegungen während der entscheidenden Momente chemischer Abläufe ermöglicht. R. J. Dwayne Miller ist Direktor am Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg und Sprecher am „The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging“.

Mit mehr als 161.000 Mitgliedern ist die ACS die weltweit größte wissenschaftliche Vereinigung. Sie wurde durch den US-Kongress als Non-Profit-Organisation gegründet und gehört zu den global führenden Organisationen zur Förderung eines breiten Zugangs zur chemischen Forschung. Ziel des jährlich vergebenen E. Bright Wilson Awards für Spektroskopie ist es, herausragende Leistungen in der Grundlagen­forschung oder der angewandte Spektroskopie in der Chemie zu würdigen.

„Angesichts der Geschichte des E. Bright Wilson Preises und der Leistungen derer, die vor mir ausgezeichnet wurden, erfüllt es mich mit Demut und Freude, diese Auszeichnung zu bekommen“, sagt Miller, der zudem Professor für Chemie und Physik an der Universität von Toronto ist. „Diese Auszeichnung hilft sehr, das Augenmerk auf die Bedeutung der Grundlagen­forschung zu richten. Die honorierte Arbeit führte zu einer Reihe von Innovationen, die sowohl unser Denken über die Chemie verändern könnte als auch die Art und Weise, wie wir chemische Prinzipien anwenden.“

Aus Millers erstem atomaren Film des Schmelzens resultierten neue Konzepte in der Laserchirurgie, die so präzise und schonend sind, dass sich kaum noch Narben bilden. Derzeit arbeitet sein Team mit über fünfzig Chirurgen am Universitäts­klinikum Eppendorf in Hamburg und in Toronto daran, dieses neue Konzept in die Praxis umzusetzen. Damit könnte das alte Problem des Narbengewebes gelöst werden, das die vollständige Wieder­herstellung von Funktion und Ästhetik bislang behindert. Miller: „Es ist wichtig, solche Verbindungen herzustellen, um der Öffentlichkeit zu zeigen, wie neue Erkenntnisse uns allen zu Gute kommen können. Mir geht es sehr darum, Wissenschaft einem allgemeinen Publikum zugänglich zu machen. Deshalb habe ich auch Science Rendezvous gegründet. Die Plattform ist eine fantastische Chance zu zeigen, wie Wissenschaft funktioniert und wovon Wissenschaftler träumen, um die Lebens­bedingungen der Menschen zu verbessern – und so den Samen für die nächste Generation von Wissen­schaftlern zu säen. Der E. Bright Wilson Award hilft, die Bedeutung dieser Mission zu unterstreichen.“

Konkret wird der Preis für die Verwirklichung eines wissen­schaft­lichen Traum-Experiments vergeben: einen molekularen Film zu drehen, das heißt, direkt zu beobachten, welche atomaren Bewegungen in den Momenten stattfinden, die für strukturelle Veränderungen entscheidend sind. Das bedeutet, direkt zu beobachten, was der eigentliche Wesenskern der Chemie und der treibenden Kraft in der Biologie ist. Millers Pionierarbeit in der Entwicklung von Femtosekunden-Elektronen­quellen und kohärenten spektro­skopischen Methoden hat diesen Traum wahr gemacht. Seine ersten Beobachtungen einfacher Phasen­umwandlungen auf atomarer Ebene und auf der Zeitskala von 100 Femtosekunden im Jahre 2003 waren noch sehr körnig, ganz wie die ersten Kinofilme.

Ungefähr eine Dekade später führten Millers ultrahelle Table-top-Elek­tronen­quellen zu neuen Aufnahmen, die die atomaren Bewegungen in aller Deutlichkeit zeigen. Noch erstaunlicher war die Erkenntnis, die sich aus den Aufnahmen ergab: Miller und Kollegen fanden heraus, dass sich die strukturelle Umwandlung auf nur wenige Schlüsselbewegungen reduziert, einerlei wie komplex die Moleküle sind. Für ein Problem mit über 280 Atomen und deren zugehörigen Bewegungen konnten Miller und seine Kollegen alle relevanten atomaren Bewegungen auf gerade einmal drei Schlüssel­moden abbilden. Hier zeigte sich ganz direkt die „Magie der Chemie“: Im entscheidenden Moment einer chemischen Reaktion, beim Sprung von einer Struktur zur anderen, reduzierten sich die Bewegungen auf diejenigen mit dem größten Effekt für die Stabilisierung der neuen Struktur. Es ist die Reduktion der Dimen­sionalität oder Komplexität an diesem kritischen Punkt, dem „point of no return“, die dazu führt, dass chemische Konzepte übertragbar sind.

Der E. Bright Wilson Award in Spektroskopie wird in einer Preiszeremonie, auf der Miller seine Preisrede hält, während des 249. ACS National Meetings in Denver, am Dienstag, dem 24. März 2015, vergeben werden. Die Auszeichnung besteht aus einem Preisgeld in Höhe von 5000 US-Dollar und einem Zertifikat.

MPSD / DE