VolkswagenStiftung fördert RUB-Chemiker: Im virtuellen Labor intelligente Materialien verstehen

Eine einheitliche „Simulationsmaschine“ zur Untersuchung von Materialeigenschaften „weicher“ Werkstoffe wie z. B. makromolekulare Filme und Netzwerke, wollen Theoretische Chemiker und Physiker um Prof. Dr. Dominik Marx (Lehrstuhl für Theoretische Chemie der RUB) und Prof. Dr. Kurt Kremer (MPI für Polymerforschung Mainz) im Projekt „Adaptive Multiscale Simulation: Connecting the Quantum to the Mesoscopic Level“ entwickeln. Sie werden durch die Volkswagenstiftung mit rund 400.000 Euro gefördert. Die Forscher wollen ihre Expertise vereinen, um die Kluft zu überbrücken, die bei der theoretischen Beschreibung von chemischen Strukturen und Materialien auf verschiedenen Größenskalen besteht.

Groß, mittel, klein – dazwischen Lücken

Das grundlegende Verständnis von Materialeigenschaften ist eine der bislang ungelösten praktischen Herausforderungen an die moderne Theoretische Chemie und Physik. „Grund hierfür ist die Tatsache, dass die verschiedenen Längenskalen verschienenen Ebenen der Beschreibung entsprechen, die mit grundlegend anderen Theorien behandelt werden müssen“, erläutert Prof. Marx. Die Bewegung von Atomen müsse abstrakt und aufwendig mit der Quantenmechanik berechnet werden, viele Eigenschaften von größeren Molekülen könnten oft durch einfache mechanische Modelle effizient beschrieben werden. Makroskopische Eigenschaften hingegen lassen sich erst durch noch einfachere, vergröberte Ansätze beschreiben, bei denen von Molekülen keine Rede mehr ist.

Türen öffnen für neue Anwendungen

Getrennt voneinander beherrschen die Wissenschaftler heute die einzelnen Beschreibungsansätze gut, aber die Verknüpfung der verschiedenen Ebenen ist noch problematisch. „Würde sie durch eine einheitliche ’Simulationsmaschine’ auch nur ansatzweise gelingen, so stünde im ’virtuellen Labor’ die Tür weit offen zur tiefgreifenden Untersuchung vielfältiger Probleme wie z.B. die Funktionalisierung von Metalloberflächen durch Beschichtung mit Molekülen oder molekulare Festkörper, die sich mit Licht ’schalten’ lassen“, erklärt Marx.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dominik Marx
Lehrstuhl für Theoretische Chemie
Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum
44780 Bochum
Tel. 0234/32-28083
Fax: 0234/32-14045
dominik.marx@theochem.rub.de