Verbrennung und Spintronik

Elf der 129 nominierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhalten die mit 2,5 Millionen Euro dotierten Leibniz-Preise 2013, darunter der Festkörperphysiker Laurens Molenkamp von der Universität Würzburg sowie die Verbrennungsforscher Andreas Dreizler, Technische Universität Darmstadt, und Christof Schulz, Universität Duisburg-Essen, die sich einen Preis teilen. Das Geld können die Preisträger bis zu sieben Jahre lang nach ihren eigenen Vorstellungen und ohne bürokratischen Aufwand für ihre Forschungsarbeit verwenden – eine außergewöhnliche Flexibilität, die als „märchenhafte Freiheit“ (so der damalige DFG-Präsident Hubert Markl bei der ersten Verleihung des Preises 1986) zum Motto für den Leibniz-Preis der DFG geworden ist.

Andreas Dreizler und Christof Schulz gehören zu den weltweit führenden experimentell orientierten Verbrennungsforschern. Den Grundstein für ihre Arbeiten legten beide während der Promotion bei Jürgen Wolfrum in Heidelberg, wo sie sich nach ihrem Physik- bzw. Chemie­studium trafen. Dreizler hat seit 2008 die Professur „Reaktive Strömungen und Messtechnik“ im Exzellenz­cluster „Smart Interfaces“ inne, Schulz ist seit 2004 Professor am Institut für Verbrennung und Gasdynamik der Universität Duisburg-Essen.

Andreas Dreizler ist eine ganze Reihe wesentlicher experimenteller Beiträge zur quantitativen Charakterisierung turbulenter Verbrennungs­prozesse gelungen. Dazu gehören die weltweit ersten Messungen von Kohlen­wasserstoff­konzentrationen und Temperaturen in Flammen, die nur durch die geschickte Nutzung von nichtlinearen optischen Effekten möglich waren, oder die ersten quantitativ bildgebenden Messungen zur Formaldehydbildung in selbst zündenden Verbrennungs­motoren sowie zum turbulenten Transport in Flammen mithilfe von laser­induzierter Fluoreszenz und Hochgeschwindigkeits­kameras. Dreizlers Messverfahren, mit denen sich u. a. dreidimensionale turbulente Strömungen zeit- und ortsaufgelöst verfolgen lassen, und Ergebnisse werden weltweit zur Verbesserung von Verbrennungs­modellen genutzt.

Christof Schulz hat entscheidende Beiträge zu Grundlagen und Technologien hochauflösender laserdiagnostischer Messverfahren und ihrer Anwendung zur experimentellen Charakterisierung technischer Verbrennungs- und Partikel­synthese­prozesse geleistet. Mit schwierigen Messmethoden gelang ihm erstmals, die unerwünschte Stickstoff­bildung während der Verbrennung hochgenau zu verfolgen. In weiteren Arbeiten gewann er beispielsweise neue Einsichten in die kinetischen Mechanismen der Rußbildung während der Verbrennung. Um seine Messverfahren auf technische Systeme wie Verbrennungs­motoren oder Gasturbinen zu übertragen, entwickelte Schulz mikrooptische Sensoren und anwendungs­spezifische Endoskope. Über die messtechnischen Methoden konnte Schulz schließlich sehr erfolgreich in ganz neue Wissenschafts­gebiete eindringen und wichtige Beiträge in den Material­wissenschaften leisten, die sich beispielsweise in der Entwicklung leistungs­fähigerer Batterien mit höherer Kapazität und Standzeit niederschlagen.

Laurens Molenkamp hat mit seiner wichtigsten Arbeit ein komplett neues Forschungs­gebiet mitbegründet. Nach einer Vielzahl von grundlegenden Beiträgen zur experimen­tellen Festkörper­physik und insbesondere der Halbleiter-Spintronik gelang ihm 2007 der erste experimentelle Nachweis eines vorhergesagten neuen Quanten­zustands der Materie: des topologischen Isolators. Der von Molenkamp beobachtete Quanten-Spin-Hall-Effekt ist verwandt mit dem Quanten-Hall-Effekt, tritt im Gegensatz zu diesem aber ohne ein externes Magnetfeld auf, sondern nutzt stattdessen eine starke Spin-Bahn-Kopplung. Diese Entdeckung, die eine Vielzahl von potenziellen Anwendungen eröffnet, hat die topologischen Isolatoren zu einer der weltweit aktivsten Forschungs­richtungen der Festkörper­physik gemacht.

Laurens Molenkamp studierte physikalische Chemie in Groningen und war nach der Promotion fast ein Jahrzehnt in der industriellen Forschung tätig, bevor er 1994 auf eine Professur an der RWTH Aachen berufen wurde. Seit 1999 hat Molenkamp einen Lehrstuhl für Experimentalphysik an der Universität Würzburg inne.

Verliehen werden die Leibniz-Preise am 12. März 2014 in Berlin.

DFG / SJ