Caroline von Humboldt hatte gewiss nicht daran gedacht, dass eines Tages eine Professur nach ihr benannt werden würde. Die Universität war zu ihrer Zeit schließlich Männersache. Die 1766 geborene Tochter eines Kammerpräsidenten wäre normalerweise auch nur als Gattin Wilhelm von Humboldts in die Geschichte eingegangen, der 1810 in Berlin die Universität gegründet hatte. Doch sie war eben weit mehr. Sie förderte Künstler, sie lud Schriftsteller, Wissenschaftler und Staatsmänner in ihren Salon. Als selbstbewusste, gebildete Frau war sie ihrer Zeit weit voraus.

Der Zeit voraus ist auch Claudia Draxl, die in wenigen Tagen, am 18. Dezember, mit der Caroline-von-Humboldt-Professur geehrt wird, einer Auszeichnung, die die Humboldt-Universität (HU) Berlin in Erinnerung an die eigenwillige Gattin ihres Gründers verleiht. Claudia Draxl nämlich forscht an Materialien, die es noch gar nicht gibt.

Tiefer Blick in die Atomstruktur

Die Wissenschaft geht hier seit einiger Zeit revolutionäre Wege. Sie entwickelt Stoffe der Zukunft, die gewünschte Eigenschaften miteinander verbinden. Utopien scheinen wahr zu werden, wenn man heute von explosionssicheren Geweben, superleichten Flugzeugen, Bildschirmen aus Papier, extrem speicherfähigen Batterien oder einem Fahrstuhl ins Weltall hört. All dies rückt in den Bereich des Möglichen.

Claudia Draxl fährt täglich mit dem Fahrrad – wenn das Wetter es zulässt – von der Köpenicker Altstadt nach Adlershof, zum Campus der Humboldt-Uni. Das Labor der Professorin für Theoretische Festkörperphysik liegt im Iris-Gebäude nahe dem Großen Windkanal, in dem einst Flugzeugteile getestet wurden. Iris ist die Abkürzung für „Integrative Research Institute for the Sciences“. Hier arbeiten Mathematiker, Physiker und Chemiker an grundlegenden Fragen. Die blonde, jugendlich wirkende Frau leitet eine zwanzigköpfige Forschergruppe.

Obwohl die Wissenschaftler versuchen, aus bisherigen Stoffen ganz neue zu synthetisieren, sieht man keine Glaskolben mit brodelnden Substanzen oder Schmelzöfen – wie sich vielleicht mancher Laie eine moderne Alchemistenküche vorstellen würde. Dafür stehen Computer auf den Arbeitsplätzen, die rund um die Uhr rechnen. Denn bevor Experimentatoren versuchen, ein neues Material zu entwickeln, wollen sie erst einmal wissen, ob dies überhaupt geht oder sinnvoll ist. Oder sie kommen zur Arbeitsgruppe von Professor Draxl, weil sie etwas entdeckt haben und es theoretisch bestätigt haben wollen.

„Wir berechnen Materialeigenschaften“, sagt die gebürtige Österreicherin. „Wir wollen wissen: Ist das Material leitfähig? Ist es hart oder weich? Welche Farbe an Licht würde es aufnehmen oder aussenden?“ Zur Zeit konzentriert sich ihre Forschung vor allem auf Materialien, die in der Optoelektronik verwendet werden könnten. Dabei denkt Draxl noch gar nicht an die optimale Solarzelle, die mikroskopisch kleine Leuchtdiode, die daraus entstehen könnten. Nein, ihre Hochleistungscomputer berechnen unaufhörlich mögliche Material-Kombinationen, um die besten Varianten zu finden.

Die Schaffung von Neuem

Sie wollte etwa wissen, was passiert, wenn man organische Moleküle, die eine besonders gute Lichtausbeute haben, in Nano-Tubes steckt – Kohlenstoffröhrchen, die nur Millionstel Millimeter groß sind. Sie können in Bündel gepackt hundertmal fester sein als Stahl. „Man nutzt die Lichtausbeute des Moleküls aus, aber zugleich die Stabilität des Nano-Tubes“, sagt Draxl. „Wir haben gezeigt, dass diese Kombination im Prinzip funktioniert.“

Im Prinzip. Das ist eines der Schlüsselworte in der Forschung Draxls und ihrer Kollegen. Sie blicken dabei tief in die Atomstruktur. Denn je nach Zahl, Art und Anordnung der Atome unterscheiden sich etwa anorganische von organischen Materialien, Metalle von Kunststoffen. Wenn es gelänge, die positiven Eigenschaften beider zu verbinden, könnte man etwa neuartige Sonnenkollektoren schaffen. Denn Silizium, aus dem die meisten Solarzellen bestehen, sorgt zwar für einen guten Stromfluss. Aber die Ausbeute aus dem Sonnenlicht ist geringer als bei organischen Kohlenstoffverbindungen. Beides zusammen könnte am Ende perfekt sein.

Solche sogenannten Hybridmaterialien interessieren Claudia Draxl besonders. Sie will wissen, welche besonderen Effekte an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Materialien auftreten können.

In ihrer Zeit als Professorin an der Montanuniversität im österreichischen Leoben, von 2005 bis 2011, erforschte sie im Auftrag zweier Industrieunternehmen die Eigenschaften von Stahl. Die Aufgabe war es, einen Stahl zu entwickeln, der sowohl hart als auch elastisch ist. Bereits hier nutzte sie den Computer, an dem man immer neue Materialvarianten durchrechnen kann, ohne auch nur einen einzigen praktischen Versuch machen zu müssen.

Experimente wären sogar der falsche Weg. „Wenn man zum Beispiel überlegt, wie wenig Zeit wir haben, um unser Energieproblem zu lösen, dann kommt einem die Theorie schon zu Hilfe“, sagt Draxl. „Ich rechne tausend Materialien im Hinblick auf eine bestimmte Anwendung durch und sage dann: Okay, fünf oder zehn sind vielleicht interessant dafür.“

Viele komplexe Strukturen erforderten langwierige Rechnungen. „Für manche würde unsere Lebenszeit nicht ausreichen“, sagt Draxl. Für solche Fälle verfügt ihre Arbeitsgruppe über einen Großrechner, der im Adlershofer Computerzentrum steht. „Das war meine Berufungsausstattung.“ Ohne diese hätte die Humboldt-Universität die aus Österreich stammende Professorin wohl kaum für sich gewonnen. Denn Draxl ist weltweit begehrt. In diesem Jahr fuhr sie zu Vorträgen nach New Orleans, Los Angeles, Budapest und Platja d’Aro in Spanien. Jetzt geht es wieder nach Kalifornien, im Januar nach Seattle.

Die Physikerin kann als Musterbeispiel dafür gelten, wie Berlin Spitzenforscher ins Land holt. Das ist oft eine sehr teure Angelegenheit, wegen der notwendigen Labor- und Rechnerausstattung. Die Berliner Universitäten haben in ihrem öffentlichen Etat kaum das nötige Geld dafür. Um ihnen zu helfen, gründete das Land Berlin 2009 die Einstein-Stiftung. Aus den Mitteln dieser Stiftung bekam Claudia Draxl, die 2011 an die HU berufen worden war, das Geld für den Hochleistungsrechner in Adlershof – und den Titel einer Einstein-Professorin.

Nun erhält sie für die Caroline-von-Humboldt-Professur weitere 80 000 Euro. Sie möchte mit diesem Geld eine junge Wissenschaftlerin einstellen, die eine Datenbank von Hybridmaterialien aufbauen soll. Dort hinein kommen alle von Draxls Team berechneten Eigenschaften von Materialien. „Wir entwickeln damit Analysewerkzeuge“, sagt Draxl. Denn solch eine Sammlung macht es möglich, Querverbindungen zwischen Materialien zu ziehen. Auch für experimentelle Forscher wäre die Datenbank eine wertvolle Quelle.

Freude und Freiheit

„Meine Karriere ist irgendwie passiert, sie hat sich ergeben“, sagt Claudia Draxl, wenn man sie danach fragt, warum sie Physikerin geworden ist. Eigentlich wollte sie ja Pilotin werden. Aber Frauen nahm man damals nicht zur Ausbildung an. Sie interessierte sich auch für Musik, hatte bereits die Aufnahmeprüfung für die Musikhochschule Wien abgelegt. Dann entschied sie sich aber, in Graz zu bleiben, um Physik und Mathe zu studieren, ihre zweite Leidenschaft. „Es ist spannend, wenn man mehr und mehr weiß und immer neue Fragen stellen kann“, sagt sie. Auch Begriffe wie Spaß und Freiheit fallen, wenn sie von ihrer Arbeit spricht. In ihrer Freizeit spielt sie Saxofon, geht in Konzerte, Museen und auf Reisen.

Wie bringt man all die verschiedenen Seiten zusammen? Musik, Mathe, Physik? „Ich denke schon, dass das gut zusammenpasst. Die ganze Harmonielehre lässt sich zum Beispiel mathematisch sehr schön darstellen“, sagt sie. Und setzt lachend hinzu: „Das Leben ist ganz einfach bunt, oder?“