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Entdeckungsreise im Mini-Kosmos

Der Physiker Tobias Meng ist fasziniert von Elektronen. Die können Unglaubliches und helfen, neue Materialien zu finden.

Was hat der Donut mit Physik zu tun? Viel, sagt Dr. Tobias Meng. Er hilft ihm beim Lösen schwieriger Rechnungen. Allerdings nicht als Nervennahrung.
Was hat der Donut mit Physik zu tun? Viel, sagt Dr. Tobias Meng. Er hilft ihm beim Lösen schwieriger Rechnungen. Allerdings nicht als Nervennahrung. © Foto: Tobias Ritz/TU Dresden

Wenn Tobias Meng nachdenkt, kann das ganze Ordner füllen. Zum Rechnen setzt sich der promovierte Physiker nicht gleich an den Computer. In diesen Momenten greift er zunächst zu Papier und Stift. Seitenweise schreibt er dann Formeln und Zahlen auf. Reiht sie aneinander, um neue Materialien zu entdecken, die die Welt von morgen verändern können. Mengs Spezialität ist Quantum-Design; heute leitet er eine Nachwuchsforschergruppe dazu. Deren Ergebnisse helfen, in Zukunft superschnelle Computer zu bauen oder neue Wege zu finden, Energie zu sparen.

Elektronen sind wahre Kommunikationskünstler

„Ich wollte schon als Kind Forscher werden“, erzählt Tobias Meng. Biologie und Chemie sind damals aber eher nicht sein Ding. Die Physik fasziniert ihn. Die Möglichkeit, den Geheimnissen der Natur durch abstrakte mathematische Formeln auf die Spur zu kommen. Er studiert die Naturwissenschaft in Karlsruhe und Grenoble und promoviert in Köln. Während der Dissertation taucht er tiefer ein in die faszinierende Welt der Elektronen. „Dieses Teilgebiet der Physik ist absolut vielfältig und unheimlich spannend“, beschreibt es der heute 37-Jährige. Wie die Elementarteilchen agieren, was sie können und welche Effekte sie zeigen, ist für ihn immer wieder überraschend, klingt er hörbar begeistert. „Sie haben ein soziales Verhalten, sie wechselwirken miteinander“, beschreibt er es. In Gruppen vermögen Elektronen Dinge, die sie einzeln nicht können. In anderen Fällen teilt sich ein Elektron auf, seine Einzelteile kommunizieren aber weiter miteinander – auch über riesige Distanzen. Ein Umstand, der später in Quantencomputern genutzt werden soll. Durch neuartige Algorithmen könnten diese beispielsweise viel effektiver nach neuen Medikamenten forschen, als es mit heutigen Methoden möglich wäre.Nach Forschungsaufenthalten in den USA und der Schweiz kommt Tobias Meng 2014 an die TU Dresden, an die Professur für Theoretische Festkörperphysik von Matthias Vojta. Im Januar 2019 startet dort eines der Exzellenzcluster der TU Dresden: ct.qmat. Interdisziplinär forschen dort Chemiker, Physiker und Materialwissenschaftler in Kooperation mit der Universität Würzburg nach den Materialien der Zukunft. Ihr Logo gleicht einem Donut. Dahinter steckt ein geometrisches Gebilde namens Torus, dessen spezielle Eigenschaften Tobias Meng und seinen Kollegen bei ihren komplexen Berechnungen helfen.

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Für diese Knobelei braucht es Ausdauer und ein gutes Team

Über 50 Papier-Seiten können es mitunter werden, wenn Tobias Meng nach den Werkstoffen des 21. Jahrhunderts fahndet. „Auf so vielen Seiten verrechnet man sich schon mal – unsere Kunst ist, die Fehler zu entdecken.“ Hat er dann ein Ergebnis, prüfen es die Experimentalphysiker im Labor. „Ich brauche diesen Punkt, an dem aus meinen abstrakten Rechnungen etwas Greifbares wird.“ Längst nicht jede Suche endet positiv. Manchmal sind die Rechnungen nicht gut genug, manchmal die Experimente. „Wenn wir dann aber etwas gefunden haben, wissen wir , was physikalisch dahintersteckt.“Es ist eine Entdeckungsreise im Mini-Kosmos. Eine aufregende Suche nach Neuem. „Oder eben Sudoku für Fortgeschrittene“, sagt er mit einem Augenzwinkern. Wichtig sei bei all dem der Austausch mit anderen im Cluster und der weltweit vernetzten Community seines Fachgebiets. „Auf gute Sachen kommt man meist nicht allein“, ist er überzeugt. So rechnet er weiter – bis er wieder auf Neuland stößt. (jam)

Video über Arbeit von Tobias Meng unter: www.ctqmat.de/de/schaufenster

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