Von Lego zu neuen Materialbausteinen

„Was ich jetzt mache ist genau das, was ich immer schon machen wollte.“ Was sich viele wünschen, hat Florian Lackner geschafft: Schon als Kind träumte der Experimentalphysiker davon, Wissenschafter zu werden. Heute ist er es – mit einem selbst aufgebauten Laserlabor in der Grazer Petersgasse. „Als kleiner Junge habe ich bereits Sachbücher gelesen und viel mit Lego gebastelt. Heute mache ich das gleiche, nur sind meine Bausteine jetzt aus Edelstahl.“ Mit diesen Bausteinen „spielt“ der Experimentalphysiker nun im selbst aufgebauten Laserlabor in der Grazer Petersgasse und arbeitet an plasmonischen Nanopartikeln.

Plasmonische Nanopartikel

„Mich hat es immer schon fasziniert etwas zu erforschen, was vor mir noch nie jemand untersucht hat“, fasst der 35-Jährige zusammen. In seinem Fall sind das plasmonische Nanopartikel. Besonders macht sie, dass sie in einer speziellen Art und Weise mit Licht interagieren und es zum Beispiel extrem verstärken und auf einen Punkt konzentrieren können, der kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist.

Alkalimetalle sind ein Grundstoff, aus dem solche Partikel bestehen können. Sie sind an der Luft aber hochreaktiv und daher schwer zu beforschen. „Alkalimetalle werden zum Beispiel in Feuerwerkskörpern verwendet – sie explodieren in der Luft in alle möglichen Farben.“ Damit es eben zu keinem Feuerwerk im Labor kommt, versucht der Wissenschafter, sie in eine Art Schutzhülle „einzupacken“: Ein Heliumtropfen im Hochvakuum „schießt“ dabei durch verdampfte Alkali- und Goldatome. Das nichtreaktive Gold umhüllt dadurch das hochreaktive Alkalimetall. Dank dieses „goldenen Schutzmantels“ können die Forschenden das explosive Material untersuchen. „Wir schauen uns dann insbesondere die Wechselwirkung des Materials mit elektromagnetischer Strahlung – zum Beispiel Licht – an“, erklärt Lackner. „Wir möchten herausfinden, in welchem Teil des elektromagnetischen Spektrums die einzelnen Partikel das Licht besonders gut absorbieren.“ Neben anderen Methoden nutzen die Forschenden hierfür zumeist die Laserspektroskopie.

Ein eigenes Laserlabor

Nach Abschluss seines Studiums an der TU Graz verbrachte Florian Lackner, finanziert von einem Schrödinger-Stipendium, zwei Jahre als Postdoc in den USA. Nach Lackners Rückkehr nach Graz erhielt das Institut für Experimentalphysik finanzielle Mittel für ein Photoemissionselektronenmikroskop – eine Anlage, um die herum der junge Forscher in den vergangenen Jahren ein Laserlabor aufgebaut hat. „Die Anlage ist sehr vielseitig. Wir können – wie bei jeder anderen Art von Elektronenmikroskop – sehr kleine Strukturen anschauen. Anders als bei herkömmlichen Elektronenmikroskopen verwenden wir aber keinen Elektronenstrahl, sondern elektromagnetische Strahlung“, erklärt Lackner. „Damit untersuchen wir die Oberflächen diverser Materialien. Aber auch Nanopartikel und Nanostrukturen können wir damit analysieren.“ Derzeit arbeitet der Physiker daran, das Mikroskop mit einem Femtosekunden Laser zu koppeln, um sich Prozesse in Materialien noch genauer ansehen zu können. „Ich möchte sehen, wie plasmonische Materialien Licht absorbieren.“ Dieses Wissen könnte in weiterer Folge zu neuen, noch effizienteren Materialien für Solarzellen führen.

Mit einem Bild war alles klar

Das Feuer für die Materialwissenschaft wurde beim Forscher mit 18 Jahren von einem ganz besonderen Bild entfacht: „Bei einem Besuch an der TU Graz habe ich eine STM-Aufnahme von atomar aufgelöstem Kohlenstoff gezeigt bekommen. Jedes einzelne Atom war da zu sehen. Das hatte mich so fasziniert, dass ich wusste: Das will ich auch machen“, schildert Lackner, dreht sich zu seiner Laser-Anlage um und tut genau das, was er immer schon tun wollte: Atomar aufgelöste Materialien untersuchen.

Dieses Forschungsprojekt ist im Field of Expertise „Advanced Materials Science“ verankert, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.
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