"Stellen Sie sich eine Simulationsbox vor, die eine gewisse Anzahl von Atomen und Elektronen enthält. Mit Hilfe der Schrödingergleichung können Sie die Box im Prinzip exakt beschreiben, um alle Eigenschaften des Materials, aus dem die Box besteht, vorherzusagen", Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Georg Kresse macht eine rhetorische Pause, "allerdings geht das in der Praxis nicht, denn mit der Anzahl der Elektronen steigt der Rechenaufwand exponentiell. Die Schrödingergleichung ist exakt, aber unlösbar."
Weil die Schrödingergleichung (die Grundlage der Quantenmechanik) unlösbar ist, muss man Näherungen finden, die die Gleichung so vereinfachen, dass man sie mithilfe eines Computers lösen kann. Die computerunterstützte Quantenmechanik versucht genau dies, also mittels Simulationsprogrammen, das Verhalten der Materie Atom für Atom und Elektron für Elektron zu beschreiben. Ein führender Wissenschafter auf diesem Gebiet ist der 40-jährige Georg Kresse, der seit April 2007 eine Professur für Computational Quantum Mechanics an der Fakultät für Physik innehat.
Erfinder von VASP
Georg Kresse machte sich etwa 1992, damals noch an der Technischen Universität Wien, an die Arbeit, ein effizientes Computerprogramm für solche Simulationen zu entwerfen. Seit 1999 arbeitet er in der Arbeitsgruppe Computational Materials Physics an der Fakultät für Physik. Seit etwa 1998 wird das Programm unter dem Namen "Vienna ab initio Simulation Package" (VASP) erfolgreich lizensiert und hat sich zum weltweit führenden Computerprogramm zur quantenmechanischen Simulation von Festkörpern entwickelt. Das Programm ermöglicht es, die Eigenschaften von Materialien gänzlich parameterfrei, also ab-initio, vorherzusagen. Es basiert auf der Schrödingergleichung und der Dichtefunktionaltheorie.
Physik-Genie
Die Entwicklung derartiger Methoden, wie des eben beschriebenen Computerprogramms, erfordert perfekte Kenntnisse nicht nur in Quantenmechanik und statistischer Physik, sondern auch in numerischer Mathematik und Informatik. Georg Kresse studierte Technische Physik in Wien und kam nach zwei Postdoc-Stellen im Jahr 1999 als Universitätsassistent an das Institut für Materialphysik der Universität Wien. Hier habilitierte er sich mit dem Fachgebiet "Theorie der kondensierten Materie", also Theorie der Festkörper und Flüssigkeiten.
Mehrfacher Preisträger
Georg Kresses außergewöhnliche Begabung auf diesem Gebiet wurde 1997 erstmals mit dem Erich-Schmid-Preis der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gewürdigt. 2001 erhielt er für seine Entwicklung quantenmechanischer Methoden, um Eigenschaften von Festkörpern zu berechnen und atomistische Prozesse zu simulieren, den Ludwig-Boltzmann-Preis der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft. Zwei Jahre später zeichnete ihn der FWF mit dem renommierten START-Preis aus.
Neues Zugpferd
Der Neo-Professor ruht sich auf seinen Lorbeeren aber keineswegs aus. VASP soll auf der Grundlage von neuen Theoriekonzepten ständig erweitert und verbessert werden. Außerdem setzt seine Arbeitsgruppe verstärkt auf die Simulation von Halbleitern wie sie in Computerchips eingesetzt werden. "Hier gibt es technologisch sehr viele interessante Fragestellungen, da durch die fortschreitende Miniaturisierung bald die Position jedes Atoms wichtig sein wird", sagt Kresse. Ihrem guten Ruf gerecht werdend ist die Arbeitsgruppe auch in diesem für sie neuen Feld bereits in der Anwendungsphase.
Exzellente Quantenforschung
Die exzellente Forschungsumgebung war es, die den Vorzeige-Physiker Kresse in Wien hielt. "Es gibt weltweit kaum ein Umfeld, das in dem Arbeitsbereich ähnlich fruchtbar ist wie Wien", sagt Georg Kresse. Einen zeitgleichen Ruf an die University of Oxford schlug er deswegen aus. Seine Energien in Wien verwendet er auch dafür, den wissenschaftlichen Nachwuchs sicherzustellen: "Unsere Arbeit ist sehr anspruchsvoll. Ich will den Studierenden nicht nur eine umfassende Grundausbildung vermitteln, sondern auch die Faszination für komplexe Fragestellungen". (hh)
Die Antrittsvorlesung von Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Georg Kresse mit dem Titel "Viel-Elektronen-Berechnungen mit Dichtefunktionaltheorie: Erfolge, Fehler und zukünftige Entwicklungen" findet am 30. Oktober 2007 um 17 Uhr im Großen Hörsaal der Experimentalphysik, 1090 Wien, Boltzmanngasse 5/Ecke Strudlhofgasse 4 statt.
|
