Kristallographie

Die Kristallographie entwickelte sich seit dem 16. Jhd. aus dem Studium der Morphologie und der Anisotropie (Richtungsabhängigkeit) physikalischer Eigenschaften in Kristallen natürlich vorkommender Minerale. Dementsprechend war die Kristallographie in Mitteleuropa zunächst eng mit den Geowissenschaften verknüpft.

Nach der Entdeckung der Röntgenbeugung an Einkristallen durch Max von Laue (1912, Nobelpreis 1914) wurde die Aufklärung der atomaren Struktur kristallisierter Materie zu einem Hauptanliegen der Kristallographie. In der Folge entwickelten sich die Chemiker zu den Hauptanwendern kristallographischer Methoden.

Enorme Wachstumsraten verzeichnete in den letzten 2 Jahrzehnten insbesondere die Biokristallographie bei der Strukturanalyse biologisch relevanter Makromoleküle (Viren, Proteine etc.) und beim Design neuer Medikamente.

Weniger spektakulär aber mit spürbaren Konsequenzen für unser tägliches Leben verlief die Entwicklung in der praxisbezogenen Forschung.

Die modernen Methoden der Züchtung und Charakterisierung haben große Einkristalle hoher Qualität verschiedener Substanzen verfügbar gemacht, die aus vielen Bereichen der Technologie heute nicht mehr wegzudenken sind. Dazu gehören unter anderem die Basismaterialien für die Halbleiterelektronik, Optoelektronik und Ultraschalltechnik, als auch der Einsatz von Kristallen in Festkörperlasern und Strahlungsdetektoren, als optische Speicher, Magnete oder piezoelektrische Weggeber und Sensoren.

Durch die rasanten Entwicklungen in nahezu allen Bereichen werden die Grenzen zu benachbarten Disziplinen wie z.B. der Festköperphysik, der Chemie, den Geo- und Materialwissenschaften sowie der Biologie und Pharmazie zunehmend fließender.

Kristallographische Methoden werden auch auf dünne Schichten und amorphe Substanzen , wie Gläser und Polymere angewandt.

Die Kristallographie ist heute ein Forschungsgebiet, welches wie kaum ein anderes interdisziplinären Charakter besitzt. Das Besondere ist dabei die holistische Sichtweise auf die untersuchten Materialien.

Der Physiker ist möglicherweise an den physikalischen Eigenschaften eines Kristalls oder an einem speziellen Effekt interessiert, für den Chemiker stehen Synthese, Reaktionen und chemische Bindungen von Molekülen im Vordergrund.

Aus der Sicht des Kristallographen stellen diese Aspekte aber nur verschiedene Facetten des gleichen Objekts namens Kristall dar. Er versucht ein einheitliches Bild der Korrelationen zwischen chemischer Zusammensetzung, Struktur und den Eigenschaften eines Materials zu erhalten.
Seine Erkenntnisse über die Realstruktur untersuchter Objekte und seine Methoden, diese gezielt zu beeinflussen, sind der Schlüssel zur kreativen Beherrschung unserer stofflichen Umwelt.

Wie erfolgreich dieses Denken ist, zeigt Ihnen eine Tabelle mit Forschern, deren auf kristallographischen Methoden beruhenden Arbeiten mit dem Nobelpreis geehrt wurden.

Nobelpreise mit kristallographischem Bezug

Viele der herausragenden wissenschaftlichen Arbeiten aus den Bereichen Physik, Chemie und Medizin, die seit 1901 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden, stehen in einem mehr oder weniger engen Bezug zur Kristallographie. Dies unterstreicht den ausgeprägt interdisziplinären Charakter der Kristallographie. Da eine scharfe Abgrenzung zu den Nachbardisziplinen prinzipiell nicht möglich ist, erhebt die nachfolgende Tabelle natürlich keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit.

2007 Chemie Gerhard Ertl,
für seine Studien von chemischen Verfahren auf festen Oberflächen
2007 Physik Albert Fert , Peter Grünberg
für die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR)
2003 Physik Alexei Abrikossow, Witali Ginsburg, Anthony James Leggett
für bahnbrechende Arbeiten in der Theorie über Supraleiter und Supraflüssigkeiten
2000 Physik Schores Alfjorow, Herbert Kroemer
für die Entwicklung von Halbleiterheterostrukturen für Hochgeschwindigkeits- und Optoelektronik
1991 Physik Pierre-Gilles de Gennes
Arbeiten über Ordnungsprozesse in Flüssigkristallen und Polymerlösungen
1994 Physik Bertram N. Brockhouse, Clifford G. Shull
Neutronenbeugung und Neutronenspektroskopie
1988 Chemie

Johann Deisenhofer, Robert Huber, Hartmut Michel
Struktur und molekulare Funktion eines membrangebundenen Protein-Chromophor-Komplexes

1987 Physik Georg Bednorz, K. Alex Müller
Entdeckung der Hochtemperatursupraleiter
1986 Physik Ernst Ruska, Gerd Binning, Heinrich Rohrer
Entwicklung des Elektronenmikroskops sowie des Rastertunnelmikroskops
1985 Chemie Herbert A. Hauptmann, Jerome Karle
Entwicklung direkter Methoden zur Bestimmung von Kristallstrukturen
1982 Chemie Aaron Klug
Entwicklung kristallographischer Verfahren zur Entschlüsselung biologisch wichtiger Nucleinsäure-Protein-Komplexe.
1976 Chemie William N. Lipscomb
Struktur von Borhydriden
1964 Chemie Dorothy Crowfoot Hodgkin
Strukturbestimmung wichtiger biochemischer Verbindungen mittels Röntgenbeugung
1962 Medizin James D. Watson, Francis H.C.Crick, Maurice H.F. Wilkins
Bestimmung der Struktur von Desoxyribonukleinsäure und ihrer Bedeutung für den genetischen Code
1962 Chemie Max F. Perutz, John C. Kendrew
Strukturbestimmung von Myoglobin und Hämoglobin mittels Röntgenbeugung
1958 Chemie Frederick Sanger
Struktur der Proteine, insbesondere des Insulins
1954 Chemie Linus C. Pauling
Natur der chemischen Bindung und Struktur komplexer Verbindungen
1937 Physik Clinton J. Davisson, Sir George P. Thompson
Elektronenbeugung an Kristallen.
1946 Chemie John H. Northrop
Wendell M. Stanley
Darstellung von Enzymen und Virus-Proteinen in reiner Form
James B. Sumner
Kristallisierbarkeit von Enzymen
1936 Chemie Peter J. Debye
Beiträge zur Kenntnis von Molekülstrukturen durch Untersuchungen von Dipolmomenten sowie durch Röntgen- und Elektronendiffraktometrie an Gasen
1915 Physik Sir William H. Bragg, William L. Bragg
Kristallstrukturbestimmung mittels Röntgenstrahlen
1914 Physik Max von Laue
Beugung und Interferenz der Röntgenstrahlen durch die Atomanordnung der Kristalle (Laue-Diagramme)