Seit kurzem nun gibt es in der Anlage ein neues Labor, das den Wissenschaftlern innovative Möglichkeiten der Materialforschung bietet. In enger Zusammenarbeit wollen Forscher des Helmholtz-Zentrums und des Fachbereichs Physik der Freien Universität nicht nur neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten oder sogenannte Grenzflächen – zum Beispiel zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten – gewinnen. Sie arbeiten auch daran, die innere Struktur von Wasser und Proteinen zu untersuchen sowie Dynamiken in diesen Materialien zu beobachten, zum Beispiel Energie- oder Ladungstransferprozesse von einem Molekül zu einem benachbarten Molekül.

Dafür experimentieren die Mitglieder der 18-köpfigen Nachwuchsforschergruppe „Struktur und Dynamik funktionaler Materialien in Lösung“ gleich an zwei Standorten. Eine Hälfte des Labors befindet sich in Adlershof, die andere am Fachbereich Physik der Freien Universität. Während sich die Gruppe am BESSY II vorwiegend mit der Analyse von Strukturen beschäftigt, sollen in Dahlem mithilfe hochmoderner Lasertechnik die Dynamiken dieser Strukturen untersucht werden.

Die Leitung des Gesamtlabors liegt bei Emad Aziz, Professor am Fachbereich Physik der Freien Universität Berlin. Wenn sich der 33-jährige gebürtige Ägypter, der mittlerweile einen deutschen Pass besitzt, seinen Weg durch die Experimentierkammern bahnt, freut er sich, wie „sein Projekt“ wächst und gedeiht. „Ihr seid echte Genies“, lobt er sein Team.

Rund 3,5 Millionen Euro stehen dem Team um Emad Aziz für einen Zeitraum von fünf Jahren zur Verfügung. Ein großer Teil dieser Summe stammt aus Geldern von Wissenschaftspreisen, mit denen Aziz ausgezeichnet wurde, sowie aus erfolgreich beantragten Fördermitteln der Helmholtz-Gemeinschaft oder der Europäischen Union. „Das erlaubt uns, unter völlig neuen Bedingungen zu forschen“, sagt Aziz. In den Laboren werden Flüssigkeiten mittels sogenannter weicher Röntgenstrahlung und extrem ultravioletter Strahlung analysiert – Verfahren, die in der Forschung erst seit wenigen Jahren möglich sind. Hierfür muss die zu untersuchende Flüssigkeit zunächst in ein Vakuum verbracht werden, indem die sie umgebende Luft mithilfe komplexer Apparaturen abgesaugt wird.

Damit die Flüssigkeit dabei nicht verdampft, wird sie in einer kleinen Durchflusszelle mit sehr dünnen Membranen von der Vakuum-Umgebung abgetrennt. Eine sensible Aufgabe, denn die Membran darf nicht verletzt werden. Aziz und sein Team nutzen seit Kurzem auch eine Untersuchungsmethode, die diese Membranen überflüssig macht. Dabei wird die Flüssigkeit in einem kaum sichtbaren dünnen Strahl mit hoher Geschwindigkeit in die Vakuum-Kammer gepumpt und dann schnell gemessen, bevor die Probe verdampft.

Auch in Flüssigkeit gelöste Metallionen – elektrisch geladene Atome oder Moleküle etwa von Eisen, Kupfer oder Kobalt – werden in den Laboren auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Die Metallionen können unter anderem Bestandteile von Proteinen sein, wo sie als Katalysatoren für biochemische Reaktionen dienen und so biologische Schlüsselfunktionen in den Zellen des menschlichen Körpers erfüllen.

Die Arbeit der Materialforscher ist von großer Bedeutung nicht nur für die Energiebranche. So wollen die Wissenschaftler beispielsweise herausfinden, ob sich die Eigenschaften von Solarzellen unterscheiden, je nachdem mit welchen Verfahren und aus welchen Materialien die Zellen hergestellt werden. Und auch für die Entwicklung wasserstoffbetriebener Autos könnte die Forschung neue Erkenntnisse bringen. Die Medizin erhofft sich ebenso Antworten auf bisher noch nicht oder nur unvollständig gelöste Fragen. Die Forscher stehen vor zahlreichen Herausforderungen, die nur mit interdisziplinärer Zusammenarbeit bewältigt werden könnten, ist Aziz überzeugt: „Der Biologe muss sich mit dem Physiker, der Chemiker mit dem Mediziner austauschen.“