Die
zweiten Lehr- und Wanderjahre
Stipendiaten
in der Theoretischen Chemie
Prof. Dr. Amalendu Chandra
ist auf dem Höhepunkt seiner akademischen Karriere: Als Professor für
Chemie lehrt und forscht der Inder seit neun Jahren am Indian Institute
of Technology in Kanpur, einer der angesehensten Universitäten Indiens.
Den Weg dorthin über Forschungsaufenthalte in USA und Kanada hat er
längst hinter sich, dennoch hat Prof. Chandra seine "Lehr- und
Wanderjahre" wieder aufgenommen: am Lehrstuhl für Theoretische
Chemie der RUB. Seit Anfang Mai ist er als Forschungsstipendiat der Alexander-von-Humboldt-Stiftung
zu Gast am Lehrstuhl von Prof. Dr. Dominik Marx, um sich ein Jahr lang mit
den dortigen Arbeitstechniken vertraut zu machen.
Virtuelle Reaktionen
Die Bochumer Wissenschaftler untersuchen chemische
Reaktionen, d.h. Veränderungen, die an Stoffen stattfinden - allerdings
nicht im Reagenzglas, sondern im "Virtuellen Labor", eben im
Computer. Dabei führen sie die Prozesse auf die Gesetze
der theoretischen Physik zurück. "Wir wollen verstehen, wie
die Chemie auf atomarer Ebene vor sich geht, ohne auf das Experiment zurückzugreifen",
erklärt Prof. Marx das Credo der Bochumer Theoretiker. Aber nicht
nur das, es müssen auch die Methoden selbst weiterentwickelt werden,
was allerdings nur von langjährigen erfahrenen Mitarbeitern geleistet
werden kann. Während seines Gastaufenthaltes möchte Prof. Chandra
herausfinden, wie sich die Elektronenstruktur verändert, wenn man
Metalle in flüssigem Ammoniak auflöst und so aus einem Nicht-Leiter
einen guten Stromleiter erzeugt. "Im Experiment kann man recht genau
Zahlen messen, versteht aber unter Umständen gar nicht, was vor sich
geht", macht Prof. Chandra deutlich, dass er und seine Kollegen mit
ihren Berechnungen fehlende Puzzle-Teile zum Verständnis chemischer
Abläufe beisteuern. Das Arbeitsgebiet ist relativ jung, nur wenige
Arbeitsgruppen beherrschen die Methoden der sog. ab initio Molekulardynamik
bzw. Car-Parrinello-Simulationen. Daher muss man diese Methoden "vor
Ort" lernen, also an einer Universität, an der Wissenschaftler
sich bereits damit auskennen und diese Technik auch methodisch weiterführen.
Das wichtigste Arbeitswerkzeug finden die theoretischen Chemiker statt
im Versuchslabor im Büro: den Computer. Allerdings hilft ein gewöhnlicher
PC den Wissenschaftlern nicht weiter; die aufwändigen Rechenoperationen
und Simulationen mit unzähligen Variablen können nur Großrechner
durchführen, wie sie beispielsweise im Rechenzentrum der RUB zu finden
sind. Aber die Bochumer nutzen nicht nur die heimischen Rechner, sondern
Parallelrechner deutschland- und weltweit - übers Internet.
Dynamische Simulationen
Per Internet rechnet auch John Stubbs: Der US-Amerikaner, bis Ende Juli
Gast am Lehrstuhl für Theoretische Chemie, hat von Bochum aus den
Großrechner seiner Heimatuniversität, der University of Minnesota
benutzt - dieser Parallelrechner arbeitet mit 404 Prozessoren. Als Doktorand
ist er, wie nun Prof. Chandra, bei Prof. Marx und seinen Mitarbeitern
für ein Jahr "in die Lehre gegangen", um sich die speziellen
Arbeitsmethoden anzueignen. "Deutschland habe ich für meinen
Auslandsaufenthalt wegen meines Interesses für die deutsche Sprache
ausgewählt", erinnerte sich der DAAD-Stipendiat, der bereits
während seines B.A.-Studiums in den USA Deutsch gelernt hat. Auf
Bochum fiel seine Wahl, weil hier Experten der Fachrichtung sitzen, die
auch John Stubbs als Schwerpunkt gewählt hat. Dass die Wissenschaftler
hier andere Methoden anwenden als die Kollegen in Minnesota, hat für
Stubbs neue Möglichkeiten eröffnet: Während
er daheim vor allem die thermodynamischen Eigenschaften von Flüssigkeiten
untersucht, hat er in Bochum die Umwandlungsprozesse unter die Lupe genommen,
die bei chemischen Reaktionen stattfinden. Wie genau entstehen
sog. glykosidische Bindungen zwischen Zuckermolekülen unter physikalischen
Bedingungen? Diese Frage konnten Wissenschaftler bislang nicht beantworten;
John Stubbs hofft, mit Hilfe der bei den RUB-Chemikern verwendeten dynamischen
Simulationen aufklären zu können, wie Polysaccharide entstehen.
Ganz ähnliche Fragestellungen werden übrigens auch von weiteren
Mitarbeitern am Lehrstuhl im Rahmen der Forschergruppe "Wasser"
(FOR 436) bearbeitet.
Amalendu Chandra und John Stubbs werden ihr in Bochum erworbenes Wissen
in ihre jeweilige Heimat mitnehmen - genau, wie Prof. Marx die ab initio-Simulationen
nach Bochum mitgebracht hat: Dominik Marx hat seine Lehrjahre u.a. in
Parrinellos Arbeitsgruppe am IBM Zürich Research Laboratory in Rüschlikon
verbracht.
Dank des Internets wird der wissenschaftliche Austausch mit der Abreise
von Chandra und Stubbs nicht enden. Das gilt auch für den "leibhaftigen"
Austausch: In wenigen Wochen erwartet die Arbeitsgruppe von Prof. Marx
einen DAAD-Stipendiaten aus Marokko, Prof. Dr. Hassan Rabaa. Er wird sein
Interesse an heterogen katalysierten Reaktionen auf Oxidoberflächen
in Zusammenarbeit mit dem SFB 558 weiterverfolgen. Christina Heimken
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