Prof. Dr. Alexandre Tkatchenko von der Forschungsabteilung „Physics and Materials Science“ an der Universität Luxemburg erhielt den hochangesehenen „Consolidator Grant“, der vom Europäischen Forschungsrat (ERC) vergeben wird. Tkatchenko untersucht die Wechselwirkungen zwischen Molekülen, die die Eigenschaften und das Verhalten von Stoffen beeinflussen. Er erhält für fünf Jahre rund 1,8 Millionen Euro an Forschungsgeldern für sein Forschungsprojekt „Beyond Static Molecules: Modeling Quantum Fluctuations in Complex Molecular Environments“ (BeStMo).

Wenn Gundlagenforschung das tägliche Leben verbessert

„Viele alltägliche Phänomene, die wir für selbstverständlich halten, zum Beispiel das Gefrieren von Wasser oder die Wirkungsweise von Medikamenten, mit denen Krankheiten behandelt werden, werden bestimmt durch quantenmechanische Wechselwirkungen“, erklärt Prof. Dr. Alexandre Tkatchenko seine Arbeit. „Dennoch ist unser Verständnis von grundlegenden molekularen Wechselwirkungen in großen Systemen noch sehr begrenzt. Im Rahmen meines Projektes sollen moderne Methoden entwickelt werden, um Modelle von Stoffen zu erstellen, die sich aus Tausenden von Molekülen zusammensetzen. Mit diesen Modellen werden wir in der Lage sein, das Verhalten solch großer Molekülstrukturen so genau und effizient wie nie zuvor vorherzusagen.“ Langfristig hofft Prof. Dr. Tkatchenko Methoden zu entwickeln, die die Entwicklung intelligenter und reaktiver Materialien unterstützen, beispielsweise molekulare „Maschinen“, die in der personalisierten Medizin, im Umweltschutz, im Bereich der Energiespeicherung und im Transportwesen eingesetzt werden können.

„Nach Prof. Dr. Jan Lagerwall, Stéphane Bordas und Massimiliano Esposito ist Prof. Dr. Alexandre Tkatchenko bereits der vierte Wissenschaftler der Fakultät für Naturwissenschaften, Technologie und Kommunikation, der eine renommierte ERC-Grant erhält. Diese Anerkennung zeigt unsere Fähigkeit, talentierte Wissenschaftler, die hervorragende Forschungsarbeit leisten, anzuziehen und zu halten“, erklärt der Dekan der FSTC, Prof. Dr. Paul Heuschling. Rektor Prof. Dr. Rainer Klump fügt hinzu: „Ich bin sehr erfreut, dass Alexandre dieser außergewöhnliche Erfolg so bald nach seiner Ankunft in Luxemburg gelungen ist. Damit wird einmal mehr das absolute Top-Niveau der Luxemburger Physiker unterstrichen. Die Universität und das ganze Land können sehr stolz auf deren anhaltend exzellente Leistungen sein.”

Molekulare Interaktionen modellieren

Nach dem „Starting-Grant“, der von 2011 bis 2016 lief, ist dies bereits der zweite ERC-Grant, den Prof. Dr. Tkatchenko erhalten hat.

In den letzten fünf Jahren entwickelte seine Forschungsgruppe Methoden zur Modellierung sogenannter „Van-der-Waals-Kräfte“, die zwischen Molekülen oder Atomen wirken. Diese Methoden werden inzwischen weltweit in Computerprogrammen zur Modellierung von Materialien verwendet und sollen als Grundlage für das BeStMo-Projekt dienen.

Mit den neuen Forschungsgeldern will die Forschungsgruppe quantenmechanische Modellierungsmethoden für alle bekannten intermolekularen Wechselwirkungen entwickeln und physikalische Modelle mit „Machine Learning“ (künstliche Intelligenz) verbinden, um neue Phänomene in komplexen molekularen Systemen zu entdecken. Gemeinsam mit Forschern der Technischen Universität Berlin und des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft entwickelte Prof. Dr. Tkachenko einen Computer-Algorithmus, der chemischen Daten nutzt, um neue Einblicke in komplexe molekulare Systeme zu ermöglichen. Ihre Ergebnisse haben die Forscher im Januar 2017 in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

„Wir möchten die Vorhersagekraft unserer Methoden beweisen, indem wir sie bei anspruchsvollen, für die Gesellschaft relevanten Problemen, wie zum Beispiel bei der Interaktion von Medikamenten mit Rezeptoren, der Dynamik von Wasser oder der Wolkenbildung anwenden“, erklärt Prof. Dr. Tkatchenko und fügt hinzu: „Das Beste daran, dass wir den ERC-Grant gewonnen haben, ist, dass meine persönliche Vision nun in die Tat umgesetzt werden kann. Dies soll geschehen, indem wir ein starkes Team hervorragender Wissenschaftler zusammenstellen, das auf ein gemeinsames Ziel, die Entwicklung molekularer Simulationswerkzeuge der nächsten Generation, hinarbeitet. Ich bin der Universität Luxemburg sehr dankbar. Sie hat sehr viele wichtige Schritte unternommen, um zum Erfolg meiner ERC-Bewerbung beizutragen.“

ERC Consolidator Grants werden an hervorragende junge Wissenschaftler vergeben, um sie beim Zusammenstellen ihres eigenen unabhängigen Forschungsteams oder -programms zu unterstützen. Dadurch erhofft sich der Europäische Forschungsrat, die nächste Generation an innovativen, erstklassigen Wissenschaftlern zu fördern und Forschungstalent in Europa zu halten.

Bis dato erhielten fünf Wissenschaftler der Universität Luxemburg einen ERC-Grant. Zusätzlich zu den vier Forschern der Fakultät für Naturwissenschaften, Technologie und Kommunikation wurde 2016 Prof. Dr. Lionel Briand, Vizedirektor des Forschungszentrums SnT (Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust) an der Universität Luxemburg, mit dem „Advanced Grant“ des ERC ausgezeichnet.

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Physics and Materials Science Research Unit an der Universität Luxemburg

© Michel Brumat / Universität Luxemburg