Röntgenlicht soll Geheimnis um Nanopartikel lüften

„In der Nanowelt ist alles anders“, sagt der Physiker Hannes Hartmann von der Universität Rostock. Aber genau das ist das Richtige für den 30-jährigen Vater eines kleinen Sohnes, der mit einer Physikerin verheiratet ist und dessen Eltern bereits in Rostock Physik studiert haben.

Schon Platon erkannte die innere Schönheit der fünf nach ihm benannten „Platonischen Körper“, die unter anderem auch in der Kunst eine Rolle spielen. „Und wie so häufig spiegelt sich die Ästhetik dieser Symmetrien auch in den Naturwissenschaften wider, sagt der Physiker.

Viren können z. B. eine ikosaedrische Form besitzen, die zu den Platonischen Körpern zählt. Auch die Physik der Nanopartikel macht hier keine Ausnahme. Nanopartikel sind eine Million Mal kleiner als ein Fußball und bewegen sich frei im Raum. Doch wie genau sehen diese aus?

Hannes Hartmann beobachtet Elektronen in den kleinsten Teilchen, ist dem komplizierten Zusammenspiel von Licht und Materie auf der Spur. Er untersucht die Wechselwirkung zwischen Nanopartikeln und Molekülen. Es gilt eine ganz neue Physik. „Die hat mich schon immer interessiert“, sagt der junge Mann. „Wissen, warum Dinge funktionieren, wie sie funktionieren, was der Ursprung ist, das ist genau mein Ding“.

Jetzt hat er mit einem ultraschnellen 3D Mikroskop am Röntgenlaser FLASH in Hamburg frei fliegende Silber-Nanopartikel „beschossen“ und für dieses anspruchsvolle Experiment etwa ein Jahr lang eine aufwendige Vorarbeit geleistet. Der Lohn: „Die kaleidoskopartigen Bilder bestechen durch vielfältige und hochsymmetrische Muster“, schwärmt der Physiker aus Leidenschaft.

Mit Hilfe von Röntgenlicht soll das Geheimnis um die Nanopartikel gelüftet werden. Aber bereits jetzt stehe fest, so Hannes Hartmann, dass „die Form der Nanopartikel Einfluss auf ihre katalytischen Eigenschaften hat“. Wie aber kann man sich diese physikalische Eigenschaft für die Wissenschaft zunutze machen? 

Eine Frage, die den jungen Rostocker Physiker umtreibt und die er unbedingt lösen möchte. „Ich will herausfinden, wie die grundlegende Form der Nanopartikel aussieht und welche Prozesse dahinter stecken“, ist sein Ziel. Die große Herausforderung: Aus den experimentellen Bildern die Form zu bestimmen.

Weil sich sein Fach, die Physik, mit Naturphänomenen befasst und man die in verschiedenen Bereichen des Lebens wiederfindet, kniet er sich ganz tief in die Forschung hinein.

Beim diesjährigen Workshop der Uni Rostock „Rostock´s Eleven“ stellt Hannes Hartmann seine Wissenschaft zu metallischen Nanopartikeln vor und wird demonstrieren, wie die Form der Nanoartikel im freien Raum aussehen könnte. Koordiniert vom Verein [Rostock denkt 365°] e.V. bekommen elf Wissenschaftsjournalisten aus ganz Deutschland einen intensiven Einblick in die Forschungen von elf Nachwuchswissenschaftlern und in hochinnovative Forschungsprojekte der elf beteiligten Wissenschaftseinrichtungen von Rostock.

Nanopartikel sind heute in den verschiedensten Alltagsprodukten enthalten – vom kratzfreien Autolack bis hin zu Silber-Nano-Teilchen in Socken, die dort bakterizid wirken, damit die Socken weniger stinken. Da kaum bekannt ist, wie sich diese kleinsten Teilchen auf die Haut, die Gesundheit und die Umwelt auswirken, wollen die Rostocker Physiker die Eigenschaften der Nano-Teichen genau verstehen.

Dabei hat Hannes Hartmann sich den Satz seines Professors Karl-Heinz Meiwes-Broer hinter die Ohren geschrieben: „Wenn am Wegesrand eine Rose der Wissenschaft blüht, soll man sie mitnehmen“. Damit meinte er, so sagt Hannes, „die einmalige Gelegenheit, die Form der metallischen Nanopartikel im freien Raum genau unter die wissenschaftliche Lupe zu nehmen“. So wie ein Wassertropfen seine kugelförmige Form verändert, wenn er vom freien Raum auf eine Oberfläche landet und dort flach läuft, so ändert sich auch die Geometrie der Nanopartikel.

Die Community der Forscher in Deutschland, die die Welt der metallischen Nanopartikel untersucht, ist nicht groß. Deshalb haben die Rostocker Wissenschaftler unter Leitung von Prof. Meiwes-Broer Kontakt zu Physikern der TU Berlin in der Arbeitsgruppe von Professor Thomas Möller aufgenommen. Gemeinsam wollen die Rostocker und Berliner Forscher herausfinden, wie die geometrische Form von Nanopartikeln im freien Raum aussieht.

Die Berliner untersuchen die Form von Edelgas Nanopartikeln im freien Strahl. Unterstützt werden sie auch durch die Theoretische Arbeitsgruppe um Prof. Fennel aus Rostock. „Das ist eben teilweise noch unentdeckt“, sagt Hannes Hartmann und ist überzeugt, im Team eine Lösung zu finden. Text: Wolfgang Thiel

Universität Rostock
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Institut für Physik
Hannes Hartmann
T: 0381 498 6804
Mail. Hannes.hartmann@uni-rostock.de