In seinen Laboren auf dem Riedberg-Campus lagern praktisch sämtliche Elemente des Periodensystems (zumindest die Feststoffe). Cornelius Krellners Ziel ist es, daraus neue oder weitgehend unbekannte Materialien zu synthetisieren – ein Chemiker ist er aber nicht. Krellner leitet das Kristall- und Materiallabor des Fachbereichs Physik, und aus den Elementen des Periodensystems will er nicht einfach neue Verbindungen herstellen. Nachdem er mit seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern analysiert hat, welche Kristalle jeweils entstanden sind, folgen deshalb physikalische Messungen, sowohl bei Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunkts als auch in starken Magnetfeldern. „Wir wollen Materialien mit interessanten oder neuartigen physikalischen Eigenschaften synthetisieren“, sagt Krellner, „und zwar interessieren wir uns für ,elektronisch stark korrelierte Systeme‘.“

Um zu erläutern, was er damit meint, muss er ausholen: „Alle Materialien bestehen ja aus Atomen, diese enthalten wiederum eine charakteristische Anzahl an Elektronen. Und deren Verhalten bestimmt – wie das Wort schon andeutet – die elektronischen Eigenschaften des Materials. „Ein Teil davon lässt sich verstehen, wenn wir so tun, als hätten wir lauter einzelne Elektronen, die sich in dem Material befinden“, sagt Krellner, „so etwa die elektrische Leitfähigkeit.“ Manche Phänomene, beispielsweise bestimmte magnetische Effekte oder die Supraleitung, könne man aber nur verstehen, wenn man berücksichtige, dass die Elektronen sich gegenseitig beeinflussten. „Mit anderen Worten: dass die Elektronen korreliert sein können“, sagt Krellner, „das ist ein bisschen, wie wenn Sie mit dem Auto unterwegs sind. Wenn wenig los ist, dann können Sie einfach die Straße entlangfahren. Wenn aber starker Verkehr oder gar Stau ist, können Sie nicht mehr so fahren, wie Sie möchten, sondern sich nur zusammen mit den benachbarten Autos vorwärtsbewegen.“

Autos und Elektronen

Der Vergleich habe allerdings Grenzen, fügt Krellner hinzu; während sich die Korrelation zwischen Verkehrsteilnehmern in Form von Staus und Unfällen, also negativ auswirke, habe die Korrelation zwischen Elektronen positive Effekte wie etwa die Supraleitung, also das Leiten von Strom ohne elektrischen Widerstand. „Um zu erfassen, was in elektronisch stark korrelierten Materialien passiert, sollten wir uns besser klarmachen“, folgert Krellner, „dass hier wieder mal das Ganze mehr ist als die Summe seiner Teile.“

Dieses Prinzip beobachtet er nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in seinem Privatleben. Es beschreibt die Beziehung zu seiner Frau, mit der er zwei Söhne hat. Und es gilt für die Leidenschaft, die ihn seit seiner Kindheit begleitet: Musik. „Eine einzelne Flöte, Violine oder menschliche Stimme klingt vielleicht gar nicht so spektakulär. Aber wenn man dann Beethovens Neunte mit großem Chor und Orchester hört, haut es einen um, was alle zusammen erreichen können.“ Als Mitglied des berühmten Dresdener Kreuzchores legte Krellner sein Abitur an der dortigen Kreuzschule ab, „das ist ein musisches Gymnasium, das zu meiner Zeit noch nicht mal einen Physik-Leistungskurs anbot“, erinnert er sich. „Zur Physik bin ich damals ganz rational nach dem Ausschluss-Prinzip gekommen, indem ich andere Studienfächer aussortiert habe. Die Begeisterung für die Physik ist dann erst im Laufe des Studiums gewachsen“, berichtet er, „und zwar ganz besonders, als ich meine Liebe zur Festkörperphysik und zur Kristallzüchtung entdeckte, also zu meinem heutigen Forschungsgebiet.“

Von den Kristallen, die Krellner und sein Team herstellen, profitieren inzwischen rund 30 Arbeitsgruppen auf der ganzen Welt: an der Goethe-Universität ebenso wie am Berliner Ringbeschleuniger BESSY und am Dresdener Max-Planck Institut für Chemische Physik fester Stoffe; am Linearbeschleuniger im kalifornischen Stanford genauso wie am schweizerischen Paul-Scherrer-Institut, im japanischen Hyogo und in Shanghai (China). „Auf diese Weise werden unsere Materialien zum Beispiel bei noch viel tieferen Temperaturen, bei höheren Drücken und in stärkeren Magnetfeldern untersucht, als uns das hier in Frankfurt möglich wäre“, kommentiert Krellner, „deswegen ist es ein ganz wichtiger Part meiner Arbeit, dieses Forschungsnetzwerk zu pflegen und nach Möglichkeit zu erweitern.“

Anerkennung von DFG und Fachschaft

Die Anerkennung für seine Forschung lässt sich unter anderem an der großen Zahl von Publikationen in hochrangigen Zeitschriften ablesen. Außerdem ist Krellner Teilprojektleiter in einem neu gegründeten Sonderforschungsbereich, den die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) seit Juli 2020 für mindestens vier (maximal zwölf) Jahre mit rund zwei Millionen Euro jährlich fördert. Aber auch sein Engagement in der Lehre findet Zustimmung: So verlieh ihm die Frankfurter „Walter Greiner Gesellschaft zur Förderung der physikalischen Grundlagenforschung e.V.“ im Jahr 2018 ihren Lehrpreis für die Gestaltung des physikalischen Anfängerpraktikums – nachdem die Fachschaft Physik diesen Kurs zuvor als preiswürdig benannt hatte.

„Dieses Praktikum ist mir ein ganz besonderes Anliegen“, sagt Krellner, „dort bringen wir den Studierenden bei, sorgfältig zu experimentieren, die von ihnen erzeugten Daten zu analysieren und – das ist fast am wichtigsten – die Experimente zu hinterfragen und kritisch zu durchdringen.“ Und auch die weiter fortgeschrittenen Studierenden liegen ihm am Herzen. Er hilft ihnen, im Labor zurechtzukommen, greift auch mal selbst zum Werkzeug, wenn ein Gerät kaputt ist, versucht, seinen eigenen Enthusiasmus auf die Studierenden zu übertragen: „dass man jederzeit neue Materialien mit spannenden Eigenschaften entdecken kann“.

Stefanie Hense

Dieser Beitrag ist in der Ausgabe 5.20 des UniReport erschienen.