Ærgerrighed, fascination og stædighed er formlen på en rigtig vinder. Og den har ph.d.-studerende Thomas Scheby Kuhlman fra DTU Kemi helt styr på. Han har for nylig modtaget et EliteForsk-rejsestipendium på 300.000 kr. fra Videnskabsministeriet.
Thomas Scheby Kuhlman er i disse dage på vej til Stanford University i USA for at studere hos professor Todd Martinez, som har udviklet en række beregningsmetoder til at simulere molekylær dynamik. Foto: Jens Rosenfeldt
”Jeg kæmpede mig gennem et kursus i kvantemekanik under mit udvekslingsophold i USA på min kandidatuddannelse. Det var lidt af en udfordring,” stønner Thomas Scheby Kuhlman. ”Men det endte med at åbne mine øjne for en utrolig spændende verden,” smiler han.
For kvantemekanikken gør det muligt at beskrive vekselvirkningen mellem lys og molekyler, og i dag forsker han i den molekylære dynamik, som denne vekselvirkning kan medføre – det vil fx sige dannelse og brud af kemiske bindinger.
”Den molekylære dynamik kan ske på femtosekund-tidsskalaen, hvilket er ekstremt hurtigt. Forholdet mellem et femtosekund og et sekund er nemlig det samme som mellem et minut og hele universets alder,” fortæller Thomas fascineret. Forskningsområdet kaldes derfor også for femtokemi.
En vigtig byggesten
Thomas’ afhandling er meget grundforskningsorienteret. Han søger en større forståelse for den dynamik, der sker i de molekylære systemer, efter de har optaget energi fra lys. Det er et aspekt, der har bred relevans fx inden for biologien, hvor fotosyntesen omdanner lys til kemisk energi. Med femtokemien kan man således følge processerne på molekylernes tidsskala.
Femtokemien har også åbnet op for nye muligheder for, at man vha. laserpulser kan få kontrol over kemiske processer, og derved har man fået et håndtag til at styre processerne i en bestemt retning – fx for at opnå et specifikt reaktionsprodukt.
Belyser man et molekyle med en laser, kan tilførslen af energi sætte kemiske reaktioner i gang. Når molekylet har optaget lyset, sker der nogle fundamentale dynamiske processer, som fører til reaktioner på femtosekund-tidsskalaen. Fx er udgangspunktet for synsevnen en såkaldt cis-trans-isomering af molekylet retinal, hvor elektronisk energi omdannes til en specifik kernebevægelse, som tager bare 200 femtosekunder. Denne ultrahurtige reaktion er det første skridt i en række af processer, der ender med det elektriske signal, som hjernen kan registrere.
”I dag har vi en rigtig god forståelse for de overordnede aspekter af denne ultrahurtige reaktionsdynamik, men vi kender ikke altid den præcise vej, og hvorfor vi lige ender med det produkt, vi gør. Hvis man kunne bestemme generelle, kvantitative relationer mellem struktur og reaktivitet i disse tilfælde, kunne det være et stærkt redskab i fx designet af optimale systemer til brug i solceller,” fortæller Thomas.
En rigtig naturvidenskabsnørd
Hvor bliver interessen for kemiske bindinger og molekylers fødsel og død vakt?
”Det har altid passet bedre til min tænkemåde at lave en kemirapport end at skrive dansk stil,” fortæller Thomas Scheby Kuhlman.
Hans interesse for naturvidenskab blev vakt allerede i folkeskolen, hvor han læste en artikel om nanoteknologi. Og interessen blev ledetråden gennem hele hans skole- og studietid.
I dag er Thomas 25 år og bor på Østerbro med sin kæreste. Og han er med egne ord en rigtig naturvidenskabsnørd. Han bruger det meste af døgnets vågne timer på sin ph.d.-afhandling - det er både arbejde og interesse for ham.
”Jeg er nok skidekedelig,” smiler han, da avisen spørger ham, hvad fritiden går med. Naturen har altid forundret ham. Han kan godt lide at læse populærvidenskabelige bøger om universet og om partikelfysik og strengteori – ’hyggebøger’, som han kalder dem.
Hårdt presset fortæller han dog også, at der bliver tid til lidt fodbold, især indendørs med de gamle fodbolddrenge. Favoritholdet er Manchester United. ”Og om søndagen kan jeg godt se genudsendelsen af Paradise Hotel,” griner han.
Nobelprisen i Kemi
Thomas Scheby Kuhlman er kandidat i nanoscience fra KU, og det var et meget naturligt valg at fortsætte som ph.d.-studerende.
”Jeg fik muligheden for at skrive min afhandling på DTU Kemi. Det er rart med lidt miljøforandring og at opleve, hvad andre mennesker kan. Det giver perspektiv!” siger den unge forsker.
Det teoretiske arbejde i afhandlingen foregår primært bag en computer på DTU Kemi, mens han udfører det eksperimentelle arbejde på KU.
Forskningsmiljøet i Thomas’ felt omkring kvantedynamik og femtokemi er ikke så stort på DTU Kemi. Til gengæld skaber samarbejdet med det herliggende Centre for Molecular Movies og med udenlandske forskere et utrolig stærkt fagligt miljø. Feltet har også den karismatiske kemiker Ahmed H. Zewail, som i 1999 modtog nobelprisen i kemi for sine studier af forløb i kemiske reaktioner, som observeres vha. femtosekundspektroskopi.
Og både Thomas’ vejleder fra DTU Kemi og medvejleder fra KU har været postdocer under Zewail, så han befinder sig i det absolutte spotlight inden for kvantedynamik og femtokemi. Som enhver kemiker drømmer han også om at kunne drive en kemisk reaktion i en helt særlig retning eller i hvert fald observere den, mens den sker.
Og det sidstnævnte er faktisk kommet et skridt nærmere efter åbningen af verdens første fri-elektron røntgenlaser, LCLS, som findes på Stanford University i USA.
”LCLS er et tre km langt acceleratorrør, hvor elektroner accelereres op og til sidst afgiver røntgenstråling. Intensiteten muliggør drømmen om en virkelig ’molekylær film’, hvor billeder af systemet kan tages med så kort en lukketid, at man netop kan følge fødslen og døden af molekyler fra første række,” fortæller en begejstret Thomas Scheby Kuhlman.
Og han er selv et skridt nærmere den drøm nu. Han skal nemlig bruge sit rejsestipendium til et ophold på Stanford University.
”Forhåbentlig får jeg mulighed for at frigøre mig fra computeren og kigge ned igennem det tre km lange kanonløb, der udgør den centrale del af LCLS,” slutter han forventningsfuldt.
Af Charlotte Malassé, DTU Kemi, cmal@kemi.dtu.dk