„Wir machten schnell irgendwas mit Halbleitern.“

© Erik Jacobs

Eric Mazur, Physikprofessor in Harvard, über die Entdeckung des schwarzen Siliziums und die Kunst des Zufalls.

Herr Mazur, Sie wollten Künstler werden. Jetzt sind Sie Professor für Physik. Was ging da schief?

Für mich ist das kein großer Widerspruch. Als Wissenschaftler muss man kreativ sein, Muster erkennen und artikulieren können — genau wie ein Künstler. Messreihen zu interpretieren ist gar nicht so viel anders, als wenn ein Maler eine Szene visuell aufbaut. Denken Sie nur an Leonardo da Vinci: Künstler und Wissenschaftler. Ich bekam beide Stimuli aus meiner Familie. Mein Vater war Professor für theoretische Physik, mein Großvater war Ingenieur. Sie gaben mir als Kind immer Bücher über Wissenschaft oder Technikbaukästen. Meine Mutter war Kunsthistorikerin und brachte mir viel über visuelle Kunst bei. Als Jugendlicher wollte ich Fotograf oder Filmemacher werden. Letztlich entschied ich mich aber für die Wissenschaft, denn darin war ich in der Schule gut. Wenn ich ehrlich bin, war der Hauptgrund der, dass ich dachte, in der Wissenschaft sei es leichter, Karriere zu machen. Ich bin aber immer noch künstlerisch tätig. Ich fotografiere für mein Leben gerne und verbringe viel Zeit damit, meine Vorlesungspräsentationen grafisch zu gestalten.

Und woran forschen Sie gerade?

Da gibt es vieles. Unsere Gruppe erforscht zum Beispiel, was mit Licht passiert, wenn man es durch ein Material mit einem Brechungsindex von null schickt. Wir haben ein sogenanntes Metamaterial gebaut: einen goldversiegelten transparenten Fotolack, in den winzige kristalline Siliziumsäulen eingebettet sind. Licht verhält sich darin völlig anders als in gewöhnlichen Materialien. Einfach gesagt: Die Photonen verhalten sich in unserem Material ähnlich wie Elektronen. So können wir Licht auf der Nanoskala einfacher und effizienter manipulieren, biegen und quetschen. Über allem schwebt die Idee eines optischen Chips, der mit Lichtsignalen schaltet. Wir konnten zeigen, dass Licht — sogar ultrakurze Laserpulse — durch sogenannte Nanodrähte geführt werden können. Das ebnet den Weg für Nanophotonik im breiten Frequenzbereich. Außerdem bauen wir unsere Forschungen in der Biophotonik aus: Wir entwickelten eine effiziente Methode, per Licht kleine Löcher in Zellmembranen zu stanzen, um dort genetisches Material einzuschleusen. Mit Ultrakurzpulslasern perforieren wir Zehntausende lebende Zellen in nur einer Sekunde. Das könnte die Medizin revolutionieren.

Die spannendsten Entdeckungen machte ich durch Zufall.

Sie haben in vielen Bereichen der Optik erfolgreich geforscht. Wie gelingen Ihnen all ihre Entdeckungen?

Ich sage Ihnen etwas: Die spannendsten Entdeckungen in meinem Labor machte ich alle durch Zufall. Nichts davon ist das Resultat sorgfältiger Planung. Andererseits… In einem chinesischen Re-staurant bekam ich kürzlich einen Glückskeks. Auf dem Zettel darin stand: „Glück ist das Ergebnis guter Planung.“ Das brachte mich zum Nachdenken. Die Wahrheit ist vielleicht, dass es entscheidend ist, dem Glück eine Chance zu geben. Die Leute denken immer, Wissenschaft sei etwas Geradliniges. Aber Ausprobieren und Rumspielen sind essenziell wichtig. Ich habe meine Forschungsgruppen immer ermutigt, Neues zu probieren und die Grenze zu überschreiten.

Eric Mazur ist Pionier der Ultrakurzpulslaser-Forschung, erfolgreicher Wissenschaftler und Unternehmer. Foto | Eric Jacobs

Prof. Eric Mazur ist Pionier der Ultrakurzpulslaser-Forschung, Wissenschaftler und Unternehmer. Foto | Eric Jacobs

Haben Sie dafür ein Beispiel?

1997 entdeckte ich mit meiner Forschungsgruppe schwarzes Silizium, eine Art Silizium, das extrem Licht absorbierend ist, weswegen man es heute in Sensoren und Solarzellen einsetzt. Das ging so: Ich erforschte per Femtosekundenlaser, wie Kohlenstoffmonoxid an Platinplatten zu Kohlenstoffdioxid reagiert. Diese Reaktion geschieht zum Beispiel in Fahrzeugkatalysatoren. Die amerikanische Regierung finanzierte das Projekt in Dreijahresschritten. Das Ganze zog sich ewig und als ich zum dritten Mal eine Verlängerung der Finanzierung beantragte, dachte ich, ich müsse noch irgendetwas anderes anbieten, sonst machen die nicht mehr mit. Also schrieb ich in meinem Antrag: „Wir werden auch andere Materialien untersuchen, zum Beispiel Halbleiter.“ Ein Verwalter dieses Programms rief dann sogar bei mir an, war ganz begeistert und wollte mehr wissen. Ich hatte keine genaue Vorstellung, also habe ich schnell was erfunden. Die Finanzierung wurde um drei weitere Jahre verlängert und wir konzentrierten uns natürlich wieder auf unser Platin. Kurz vor Ende der Finanzierungsperiode wurde ich wahnsinnig nervös, denn ich hatte ja Halbleiterforschung versprochen. Ich rief einen meiner Studenten im Labor an und sagte: „Verdammt, wir müssen schnell irgendwas mit Halbleitern machen.“ In der Laborecke gruben wir einen Siliziumwafer aus und mein Student fand als Reaktionsmedium eine Flasche Schwefelhexafluorid in unserem Gaslager. Er beschoss die Siliziumoberfläche mit Femtosekundenlaserpulsen. Alles wurde schwarz, dunkler als schwarzer Samt: schwarzes Silizium war geboren. Er rief mich an, ich kam und wir untersuchten die Oberfläche. Aus dieser überstürzten Aktion entstanden eine ganz neue Forschungsrichtung, eine Firma und neuartige Produkte.

Sie haben einen sehr geradlinigen Lebenslauf…

Überhaupt nicht. Mein Weg ging immer zickzack. Als ich fünf Jahre alt war, schenkte mir mein Großvater ein Buch über das Universum. Danach war klar: Ich werde Astronom. Mit 17 schrieb ich mich dafür an der Universität Leiden in den Niederlanden ein. Schon nach sechs Wochen war ich ernüchtert. Es ging dort nicht um die großen Fragen, sondern bloß um Formeln, wie man Sternenpositionen ausrechnet. Ich wollte den Wald sehen und man zeigte mir die einzelnen Bäume. Darum wechselte ich zur Physik, aber ich merkte schnell, dass es dort auch nicht besser war. Der Unterricht war stumpf: endlose Textaufgaben. Aber ich blieb notgedrungen dran. Ich wollte mir nicht die Blöße geben, schon wieder das Fach zu wechseln.

Ich war fest entschlossen, kein Akademiker zu werden.

Irgendwann müssen Sie doch Feuer gefangen haben?

Im dritten Jahr wollte ich aufgeben. Doch dann nahm ich an einer Gruppenarbeit im Labor teil. Wir machten eine Laserspektroskopie kalter Gase. Dinge beobachten, die nie jemand zuvor gesehen hatte, und Wissen schaffen: Plötzlich war ich süchtig.

Foto | Erik Jacobs

Foto | Erik Jacobs

Leben: Eric Mazur wurde 1954 in Amsterdam geboren. Er ging 1981 an die Universität Harvard, wo er bei Nobelpreisträger Nicolaas Bloembergen lernte.
Laser: Mazur ist Pionier der Ultrakurzpulslaser-Forschung. 1989 baute er einen Femtosekundenlaser und war der Erste, der die Reaktion von Materie mit Femtosekundenpulsen systematisch untersuchte. Aus seinen Forschungen ergaben sich zahlreiche Anwendungen in Industrie und Medizin.
Leistung: Eric Mazur leitet die Mazur-Gruppe mit rund 40 Mitgliedern in Harvard. Das Team erforscht zum Beispiel Mikrofabrikation und Nanochirurgie per Femtosekundenlaser, nicht lineare Nanophotonik, aber auch Didaktik von Naturwissen schaften.

Dann wollten Sie also Professor werden?

O Gott, nein! Ich war fest entschlossen, nicht Akademiker zu werden, wie meine Eltern. Darum bewarb ich mich nach meiner Doktorarbeit bei Philips im Labor und wurde angenommen. Das war 1981, Philips entwickelte gerade zusammen mit Sony die CD. Ich sollte in der Gruppe arbeiten, die versuchte, den Durchmesser einer CD von 30 Zentimetern auf die heute üblichen 12 Zentimeter zu bringen. Als ich meinem Vater von dem Job erzählte, sagte er: „Wie wär’s, wenn du noch ein Jahr in die USA als Postdoktorand gehst und mehr über Optik lernst?“ Ich fand die Idee gut und Philips hielt mir den Job frei. Ich schrieb an Harvard und die nahmen mich als Postdoktorand an. Naja, was soll ich sagen: Es ist ein langes Jahr geworden. Ich bin bis heute in Harvard.

Warum haben Sie Ihre Meinung geändert?

Hier unterhielten sich 17-jährige, die sich für die Stringtheorie interessieren, mit 70-jährigen Experten für Sanskrit. Politiker, Schriftsteller, Künstler besuchten den Campus und hielten Reden. Wenn ich dann an Philips dachte, sah ich bloß noch diesen endlos langen Gang mit Namensschildern voller Doktortitel. In den Büros saßen männliche Physiker zwischen 27 und 40, die den ganzen Tag vorgegebene Probleme lösten. Das schien mir dann auf einmal so eng. Also wurde ich eben doch Akademiker. Sie sehen also, ich neige dazu, meine Meinung ändern.

Sie geben Einführungskurse für Nichtphysiker. Ganz schön ungewöhnlich für einen Spitzenforscher, oder?

Ich liebe es! Ich finde, es ist so wichtig, Leute für Naturwissenschaft zu begeistern. Das schafft man, indem man sie anders unterrichtet. Ich habe ja schon erzählt, wie sehr ich als Student unter schlechtem Unterricht litt. Aber ich war selbst ein schrecklicher Lehrer. Meine Studenten lern-ten nur die Fakten auswendig — so wie ich damals. Das hat mit Wissen schaffen nichts zu tun. Ich entwickelte das, was ich „aktives Lernen“ und das „umgedrehte Seminar“ nenne: Die Studenten bereiten sich vor und die eigentliche Vorlesung ist eine Debatte. Ich unterrichte, indem ich Fragen stelle. Die Studenten sind ständig aktiv; so lernen sie am besten. Mein Ziel ist es, im Seminar Aha- Momente zu erzeugen. Immer wenn ich einen Studenten mit einem Aha-Gesicht sehe, fühle ich große Zufriedenheit.

 

Eric Mazur über seine Lehrmethode „Aktives Lernen“ (2014)

Ansprechpartner:

Eric Mazur
E-Mail: mazur@seas.harvard.edu

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