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Internationale Auszeichnung für die Entwicklung des ersten Moleküls in Form eines Möbiusbandes

Rainer Herges erhält renommierte Nozoe Lectureship

27.06.2018

© Herges

Künstlerische Darstellung des dreifach verdrillten Kieler Möbius-Moleküls.

© Herges

Professor Rainer Herges erhält die renommierte internationale Auszeichnung „Nozoe Lectureship“ für seine Entwicklung eines Möbiusmoleküls.

Der organische Chemiker Professor Rainer Herges von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) wurde mit der Nozoe Lectureship ausgezeichnet. Den internationalen Preis erhält Herges für die erste Herstellung eines Moleküls in Form einer sogenannten Möbiusschleife – eine Art Band, das mit verdrehten Enden zusammengeklebt wurde. Dank seiner besonderen quantenmechanischen Eigenschaften könnte ein so verdrilltes 3D-Molekül zum Beispiel bei der Entwicklung von leistungsfähigen Quantencomputern eine wichtige Rolle spielen. Das International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA) ehrt alle zwei Jahre Wissenschaftler für bahnbrechende Grundlagenforschung zur Chemie aromatischer Verbindungen und deren Anwendung für organische Halbleiter, Leuchtdioden (OLED), Photovoltaik oder andere Nanomaterialien.

Bereits im Jahr 1858 beschrieben die Mathematiker Johann Benedict Listing und August Ferdinand Möbius unabhängig voneinander zum ersten Mal ein mathematisches Objekt, welches man sich als ein verdrilltes Band ohne Vorder- und Rückseite oder oben und unten vorstellen kann. Moleküle in dieser Form herzustellen, galt lange als unmöglich. Denn die Eigenschaften der einfach oder dreifach verdrehten Strukturen widersprechen den grundlegenden Regeln der Chemie. Außerdem ist die Verdrillung instabil.

Erst mit einem chemischen Trick gelang es Herges und seinem Team, das Molekül stabil zu verdrehen. Dafür machten sie sich eine Alltagsbeobachtung zunutze: Um Spannung abzubauen und stabil zu bleiben, winden sich verdrehte Bänder wie zum Beispiel Telefonkabel um sich selbst. „Für das Möbiusmolekül haben wir daher mit drei spiralförmigen, stabilen Bausteinen gearbeitet, die denen der DNA-Doppelhelix ähneln“, so Herges. Vor rund fünfzehn Jahren gelang es ihm, sie in der richtigen Kombination zu einem Möbiusmolekül zusammenzusetzen. Seitdem sind diese Moleküle ein fester Bestandteil der Organischen Chemie. Vor kurzem gelang ihm sogar die Synthese eines dreifach verdrillten Bandes.

Eine Perspektive zur Anwendung solcher Möbiusmoleküle sieht Herges in ihren extrem starken elektrischen Ringströmen. Es wird vermutet, dass sie durch die Bestrahlung mit einem kurzen Laserimpuls entstehen. Wie bei einem Supraleiter kreisen diese Ströme ohne elektrischen Widerstand über das praktisch unendliche Möbiusband. Außerdem sind diese Strukturen chiral. Das heißt, sie existieren in zwei Zuständen, gewissermaßen als Bild und Spiegelbild. Der Strom kann demnach im oder gegen den Uhrzeigersinn fließen. Diese Eigenschaft ist ideal für sogenannte „Quantenbits“ – binäre Codes, die in Quantencomputern Informationen speichern könnten. An ihrer Entwicklung forschen Wissenschaft und Computerindustrie bereits seit längerem. „Quantencomputer arbeiten nicht wie bisher üblich physikalisch, sondern auf der Basis quantenmechanischer Zustände. Damit könnten sie die Leistungsfähigkeit von klassischen Digitalrechnern in Zukunft weit übertreffen“, meint Herges, Sprecher des Sonderforschungsbereiches (SFB) 677 „Funktion durch Schalten“. Rund 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen hier die Entwicklung von schaltbaren molekularen Maschinen, die sich durch äußere Reize wie zum Beispiel Licht oder Temperatur steuern lassen.

„Ich freue mich sehr über diesen Preis und die Auszeichnung meiner Arbeit. Er betont auch den Wert der Grundlagenforschung und zeigt, dass sich Investitionen hier langfristig lohnen. Welche Entwicklungen sich aus grundlegenden Forschungsergebnissen ergeben, ist selten abzusehen, denn die Anwendungsmöglichkeiten kommen oft aus unerwarteten Richtungen“, so Professor Rainer Herges.

Herges ist seit 2001 Professor für Organische Chemie an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und seit 2006 Sprecher des SFB 677 „Funktion durch Schalten“. Er wird den Preis am 21. Juli 2019 im Rahmen der 18. internationalen ISNA-Konferenz in Sapporo (Japan) entgegennehmen und anlässlich der Verleihung einen Fachvortrag halten. Namensgeber des Preises ist Professor Tetsuo Nozoe (1902-1996), Gründer der ISNA und einer der Begründer der Organischen Chemie in Japan.

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