Es gibt Forschung, die auf einigermaßen vorhersagbare Weise Schritt für Schritt voranschreitet – und es gibt Forschung, die in Sprüngen verläuft, bei der originelle Ideen gefragt sind und ein gewisses Risiko eingegangen wird. Beides ist wichtig, doch bei der Ausschreibung „1000 Ideen“ des Wissenschafts-Förderungsfonds FWF, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster ging es um die zweite Sorte: Erstmals wurde explizit nach besonders gewagten Forschungsideen gesucht, die mit bis zu 150.000 Euro gefördert wurden.

Unter den Projekten, die in der ersten Ausschreibungsrunde den Zuschlag erhielten, sind zwei von der TU Wien: David Szaller vom Institut für Festkörperphysik möchte einen speziellen Quanteneffekt nutzen, um neuartiges Laserlicht zu erzeugen. Stefan Scheiner vom Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen möchte eine neue Herangehensweise entwickeln um das Wachstum von Bäumen vorherzusagen und Holz besser nutzbar zu machen. Die Projekte starten Anfang 2021, bereits jetzt kann man sich für neuausgeschriebene Stellen bewerben, die im Rahmen dieser Projekte geschaffen wurden.

Eine neue Sorte Licht

Laserstrahlen gehören längst zu unserem Alltag. In gewöhnlichen Festkörperlasern, wie wir sie etwa von Laserpointern kennen, wird die Lichtwelle zwischen zwei Spiegeln hin und her geschickt. Dabei gerät das Licht immer wieder in Kontakt mit den Atomen, die sich zwischen den Spiegeln befinden. Diese Atome senden weitere Photonen aus, die genau den Photonen entsprechen, die sich bereits im Laser befinden – so wird der Laserstrahl immer stärker. Die Atome im Laser wechselwirken nicht direkt miteinander, aber durch ihre Wechselwirkung mit dem Laserlicht benehmen sie sich alle exakt gleich und verstärken das Licht auf exakt identische Weise.

„Wenn sich der Abstand zwischen den beiden Spiegeln allerdings verändert, reagiert das Laserlicht darauf extrem empfindlich“, erklärt David Szaller. „Besser ist es, wenn nicht die Geometrie der Spiegel über das Laserlicht entscheidet, sondern ein kollektiver Quantenzustand des Materials. Das war bisher aber nur unter extrem großen Aufwand möglich, ganz nahe am absoluten Temperaturnullpunkt.“

An der TU Wien soll dieses Kunststück aber nun bei viel leichter zugänglichen Bedingungen möglich werden – indem man die magnetischen Momente von speziellen Atomen (seltenen Erden) nutzt. Wenn man Materialien verwendet, die eine ganz spezielle Kopplung von magnetischen und elektrischen Eigenschaften aufweisen, sollte es möglich sein, dadurch Laser-artige Strahlung mit extrem hoher Präzision zu erzeugen, und das bei gewöhnlichen Standardlabortemperaturen.

Die Mathematik der Bäume

In der Baubranche gilt Holz heute in vielen Bereichen als echte Alternative zu traditionellen Baustoffen wie Stahl oder Beton. Allerdings ist Holz ein durchaus komplizierter Baustoff: Es besteht aus Zellen und Fasern, aus unterschiedlichen Strukturen unterschiedlicher Größenordnung, deren Eigenschaften einander beeinflussen. Daher ist die Mechanik von Holz viel schwieriger zu beschreiben als etwa die Mechanik von Stahlträgern.

„Wir wollen ein Multiskalen-Modell entwickeln, mit dem man am Computer den Wachstumsprozess eines Baums genau erklären kann“, sagt Stefan Scheiner. „Wir wollen es schaffen, mit unseren Modellen das Wachstum des Baums vorherzusagen und daraus auch die Eigenschaften des Holzes abzuleiten.“ Die Kräfte, die auf unterschiedliche Teile des Baums einwirken, sollen genau berechnet werden – von der einzelnen Zelle bis zur makroskopischen Struktur des Baums.

Die Rechenergebnisse sollen sorgfältig mit Messergebnissen abgeglichen werden, um das Modell Schritt für Schritt zu verbessern. „Letztlich ist das Ziel, mit solchen Modellen auch steuernd eingreifen zu können, und positiv auf das Wachstum des Baums einzuwirken“, sagt Stefan Scheiner. „Das könnte die Effizienz in der Holzproduktion verbessern.“

Bewerbungen jetzt möglich

Wer Lust hat, bei diesen besonders innovativen Projekten mitzuarbeiten, kann sich nun für Postdoc-Stellen bewerben:

• am Institut für Festkörperphysik 
• sowie am Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen

Text: Florian Aigner