Duisburg. . Center for Nanointegration: Daniel Braam experimentiert mit selbst leuchtenden Mikrokugeln. Die liefert die japanische Partner-Universität.

Wie exotische Früchte muten die bunten Kugeln an, die Daniel Braam in seinen Versuchen produziert. Hätten sie in der Realität die Ausmaße ihrer hier gezeigten Vergrößerung, ließe sich daraus sicher eine Geschäftsidee entwickeln. Vorerst bekommt der Physiker der Universität Duisburg-Essen (UDE) für seine Erkenntnisse wohl bald seinen Doktortitel. Die Kügelchen, in denen er Licht in eine Kreisbahn zwingt, sind nur wenige Tausendstel Millimeter groß. Grundlagenforschung betreibt er in der Arbeitsgruppe von Prof. Axel Lorke am Center for Nanointegration (Cenide) in Neudorf.

„Man hat dabei kein bestimmtes Ziel im Auge, sondern sucht gewisse Phänomene“, erklärt der 30-Jährige, „wann sich die gewonnenen Erkenntnisse verwenden lassen, ist noch ungewiss.“

In der Akustik ist das Phänomen bekannt. Schon um 1878 bemerkte Lord Rayleigh, dass selbst Flüstern entlang der gesamten Rundgalerie in der Kuppel von Londons St. Paul’s-Kathedrale hörbar war. Dass sich auch Lichtstrahlen „um die Kurve“ bewegen können, haben Physiker bei Glaskugeln beobachtet. „Taucher kennen es vom Blick aus der Tiefe an die Wasseroberfläche“, erklärt Daniel Braam.

Wie bei Kinderzimmer-Stickern

Um das Phänomen genau untersuchen zu können, brauchte er eine perfekte Oberfläche. „Sonst wär’s wie bei einem kaputten Spiegel“, sagt der Oberhausener. Bei der Produktion der Mikrokugeln aus einem selbst leuchtenden Polymer halfen Nanowissenschaftler der Universität Tsukuba bei Tokio. Mit den Japanern arbeiten die Duisburger seit einigen Jahren zusammen. „Eine Win-Win-Situation, denn das sind Chemiker – da verfügen wir nur über Basiswissen“, erklärt Braam.

Der Lichteffekt der Polymer-Kügelchen gleicht prinzipiell dem von bunten Kinderzimmer-Stickern: Einmal angestrahlt, geben sie ein bestimmtes Spektrum wieder ab, wenn sie in der Dunkelheit zu leuchten scheinen. Nicht anders macht’s der Doktorand, der unter dem Mikroskop die Kügelchen mit Laserlicht beschießt. Die Besonderheit hier: Das Polymer schließt das Licht im Innern ein und zwingt es auf eine Kreisbahn.

Tüfteln, ohne eine konkrete Nutzung anzustreben

Auf dem Computerbildschirm kann der Physiker das Spektrum des Lichts sichtbar machen – und auch Veränderungen. Zu denen kommt es, wenn er die Kügelchen etwa Sauerstoff aussetzt – dann verzerren sich die Rundlinge in eine Football-Form und die Farben im Lichtspektrum verändern sich. Selbst geringste Abweichungen im Bereich von nur vier Nanometern sind so zu erkennen. Zum Vergleich: Mit 20.000 multipliziert, erhält man die Dicke eines Blattes Papier.

„Wir können nun das Zustandekommen der Bilder erkennen“, beschreibt Daniel Braam den Erkenntnisgewinn. Ein Sauerstoff-Detektor sei damit gewissermaßen entstanden. „Blöd nur, dass der Detektor danach kaputt wäre“, sinniert der Physiker. Spannend wird’s vielleicht hinsichtlich konkreter Anwendungen, wenn es gelingt, aus den Winz-Kügelchen viel größere Gebilde zu formen. Bis dahin darf sich der Nachwuchswissenschaftler tüfteln, ohne eine konkrete Nutzung anzustreben. Übrigens: Nicht anders war’s bei Konrad Röntgen, als der die nach ihm benannte Strahlung entdeckte.

Zeitschrift „Nature – Scientific Reports“ veröffentlicht die Ergebnisse 

Seine Doktorarbeit zum Licht auf der Kreisbahn in den Mikrokugeln wird Daniel Braam in einigen Wochen verteidigen. Eine weitere Belohnung für die am Projekt Beteiligten aus der Arbeitsgruppe von Prof. Axel Lorke: Die Zeitschrift „Nature – Scientific Reports“ veröffentlicht die Ergebnisse ihrer Forschung.

Für Daniel Braam geht’s bald in einer eigenen Firma weiter, die er mit Chemikern der Uni Düsseldorf gründen wird. Beschäftigen werden sie sich mit Polymeren.