Röntgenstrahlen sind die Tausendsassas unter den elektromagnetischen Wellen. Mit ihnen lassen sich nicht nur brüchige Knochen oder Tumore erkennen, sie offenbaren auch den Aufbau von Molekülen. Werden Röntgenstrahlen auf eine Probe gelenkt, dann kann man anhand der Streuung der Wellen sogar die elektronischen Eigenschaften eines Biomoleküls oder Festkörpers untersuchen. Häufig interessieren Forscher sich aber auch für die magnetischen Effekte, sind sie doch für viele Anwendungen wichtig, vor allem in der Computertechnik.
Auf den Magnetismus hat es auch Gisela Schütz abgesehen. Die Direktorin am Stuttgarter Max-Planck-Institut für Metallforschung entdeckte bereits als junge Wissenschaftlerin ein Phänomen, mit dem sich mittels spezieller Röntgenstrahlen die magnetischen Eigenschaften von Stoffen studieren lassen. Das war der Beginn einer glänzenden Karriere, die wohl noch glänzender verlaufen wäre, wenn sich nicht ein Schatten über das Privatleben der Physikerin gelegt hätte.
Ein Schatten, der das Leben von Gisela Schütz weiterhin verdunkelt. Sie leidet noch heute, wenn sie vom Tod ihres Mannes erzählt, der 1995 mit 41 Jahren an einem Hirntumor starb und sie mit drei kleinen Kindern alleine zurückließ. Als wenig später dann auch noch ihre Eltern starben, fiel Gisela Schütz in ein emotionales Loch. Die Kinder und die Arbeit hielten sie am Laufen – doch eine Hochleistungskarriere in der Forschung ist hart.
Für eine Alleinerziehende ohne familiären Rückhalt ist so ein zwei Jahrzehnte währender Marathon von der Promotion bis zur Max-Planck-Direktorin fast nicht zu bewältigen. Die Tagesmutter ist krank? Die Tochter hat zwei Fünfer im Zeugnis und ist versetzungsgefährdet? Der Sohn sitzt den ganzen Nachmittag vor dem Computer? Das sind alltägliche Sorgen, mit denen Gisela Schütz alleine zurechtkommen muss.
Gisela Schütz hat sich früh verliebt in dieses Fach
Die Strapazen an Seele und Körper haben ihr Gesicht gezeichnet, aber auch mit 53 Jahren ist Gisela Schütz noch immer eine schöne, jugendlich wirkende Frau. Eine, die trotz allem Spontanität und Lebensfreude ausstrahlt. Jetzt zum Beispiel freut sie sich darüber, dass sie vor ein paar Tagen vom Fünf-Meter-Turm gesprungen ist. „Mit Kopfsprung wohlgemerkt“, sagt sie stolz, das soll ihr mal einer nachmachen. Und das, obwohl sie um zehn Kilo abgemagert ist, nachdem sie zwei Monate lang an einer rätselhaften Atemnot litt, deren Ursache gerade erst festgestellt wurde: Eine Medikamentenkapsel war in der Luftröhre auseinandergebrochen, die Plastikteile steckten wochenlang fest.
Doch resignieren, aufgeben, sich hängen lassen – das sind keine Vokabeln, die zum Wortschatz der drahtigen, durchtrainierten Physikerin gehören. Ein Energiebündel ist diese Gisela Schütz, und man ahnt, dass sie für ihre wahre Leidenschaft, die Physik, gerne noch mehr leisten würde, wenn sie könnte. Sie hat sich früh verliebt in dieses Fach.
Als Vierjährige schaute sie nachts hoch zum Himmel und wollte von ihrem Vater wissen, wann sie endlich in der Schule etwas über die faszinierend funkelnden Sterne lernen würde. Als er ihr sagte, dass sie in der 8. Klasse im Physikunterricht mehr erfahren würde, war sie traurig: „So lange muss ich warten.“ Eine Einserschülerin war Gisela Schütz ohnehin, im heiß ersehnten Fach Physik war sie dann stets die Klassenbeste.
Da war es bald klar, dass sie Physik studieren würde. An der Universität begeisterte sie sich schnell für Magnetismus. Und sie entdeckte den bis dahin unbekannten Effekt des „zirkularen polarisierten magnetischen Röntgendichroismus“. Polarisiert nennt man Strahlung, deren Wellen in einer bestimmten Ebene schwingen.
Dieses Licht kann die Atome eines festen Körpers in besonderer Weise anregen. Wenn man nun Stoffe mit polarisiertem Röntgenlicht bestrahlt, schlucken sie die Strahlen in unterschiedlicher Weise. Wie, das hängt davon ab, in welchem magnetischen Zustand die Atome sich befinden. Das Verdienst von Gisela Schütz war es, die Existenz dieses Phänomens vorauszusehen, es experimentell erstmals nachzuweisen und zu zeigen, dass der Röntgendichroismus sehr nützlich sein kann. Das verhalf ihr bald nach ihrer Promotion an der Technischen Universität München zu Ruhm und zu Professorenstellen in Augsburg und Würzburg, bevor die Max-Planck-Gesellschaft ihr im Jahr 2000 einen der begehrten Direktorenposten anbot.
Magnetische Materialien bestehen meist aus mehreren Komponenten, das heißt aus unterschiedlichen chemischen Elementen. Welches davon die magnetischen Eigenschaften bestimmt, ob der Aufbau der Atome entscheidend ist oder die elektronische Struktur, das ist häufig unklar. Mit einer der von Gisela Schütz entwickelten Methoden – im Grunde handelt es sich um eine Art spezielles Röntgenmikroskop – lässt sich der Magnetismus von extrem kleinen Strukturen nun besonders genau untersuchen.
Das ist wichtig, um die grundlegenden Eigenschaften der Materie zu verstehen, aber auch für Anwendungen, vor allem in der Computerindustrie, ist die Messtechnik interessant. In den Achtzigerjahren entdeckte der Jülicher Physiker Peter Grünberg den „Riesenmagnetwiderstand“ –, wofür er 2007 den Nobelpreis erhielt. Wenn zwei dünne magnetische Schichten durch eine dritte, isolierende Schicht getrennt werden, dann richten sich die mikroskopisch kleinen Magnete dieser Schichten entgegengesetzt (antiparallel) zueinander aus. Legt man nun ein kleines Magnetfeld an, so dreht sich die Richtung der Magnete und sie ordnen sich parallel.
Das technisch Interessante dabei ist: Der elektrische Widerstand ist unterschiedlich, je nachdem, ob die Schichten parallel oder antiparallel magnetisiert sind. Im ersten Fall ist der Widerstand sehr klein, im zweiten sehr groß. Das bedeutet, dass man durch kleine Magnetfelder große elektrische Signale erzeugen kann – und das mithilfe sehr dünner Schichten.
Diese magnetischen Schichten werden für viele Anwendungen gebraucht: für besonders kleine Leseköpfe von Festplatten in Computern etwa oder für Magnetsensoren in Autos. Und mit ihrer Methode kann Gisela Schütz auch neue Materialien maßschneidern: Wenn die benötigten Eigenschaften bekannt sind, lassen sich die dünnen Schichten konstruieren – wenn es sein muss, Atom für Atom.
Im Tiefgeschoss des Stuttgarter Instituts sitzen Studenten und Doktoranden am Computer. Was früher mühselig per Hand gemacht werden musste, können sie heute der Software überlassen. Ein paar Eingaben – und schon diktiert der Rechner einer speziellen Maschine („Sputteranlage“), wie bestimmte Atome zusammengebaut werden sollen.
Gisela Schütz selbst hat keine Zeit mehr, lange im Labor zu stehen. Mit 50 Mitarbeitern ist sie als Chefin gefordert, als Geldbeschafferin, als Ideengeberin. Das liegt ihr. „Ich bin eine Erfinderin“, sagt sie. Sie schwärmt von einem neuen Röntgenmikroskop mit besserer Auflösung, das ihr Team gerade entwickelt. Sie will verstärkt die magnetischen Eigenschaften von kleinsten magnetischen Partikeln untersuchen, etwa für Anwendungen in der Krebstherapie oder für Kernspinaufnahmen.
"Die Liebe zur Physik"
Die Schwierigkeit besteht darin, dass die meisten körperverträglichen Stoffe keine hohe Magnetisierung haben – demnach wird es vor allem darum gehen, neue biokompatible und zugleich magnetisierbare Materialien zu entwerfen.
Zudem erfordert die Röntgenspektroskopie besonderes Organisationstalent. Denn speziell die polarisierten Röntgenstrahlen, die man braucht, um magnetische Atome zu studieren, gibt es nur in Teilchenbeschleunigern wie am „Desy“ in Hamburg, am „Bessy“ in Berlin oder dem Synchrotron in Grenoble. Und die Messzeit ist begrenzt, sie wird wochenweise auf Antrag vergeben. Da muss man die Arbeit des großen Teams sehr gut im Voraus planen.
Das Reisen an die Röntgenquellen dieser Welt überlässt Gisela Schütz ihren Mitarbeitern („sie sind sehr, sehr gut“), so wie sie auch viele Einladungen zu Tagungen und Vorträgen weiterreicht. Seit zwölf Jahren ist sie nicht mehr in Amerika gewesen, ungewöhnlich für eine international erfolgreiche Physikerin. Doch den Kindern zuliebe – der jüngste Sohn ist inzwischen 13 – verzichtet sie auf das Reisen, das sie eigentlich sehr liebt. Und sie organisiert ihre Arbeitstage so, dass sie am späten Nachmittag bei den Hausaufgaben helfen oder einfach mit den Kindern reden kann. „Kleine Kinder brauchen nur Pflege, große brauchen eine Persönlichkeit“, davon ist die Mutter überzeugt.
Sie liebt ihre Kinder und möchte sie nicht missen, aber sie verhehlt nicht, wie viel Energie die drei sie gekostet haben. „Ich fühle mich oft sehr allein“, sagt sie, „ich brauche viel mehr Kraft für alles.“ Kraft, die ihr dann für die Arbeit fehle. Für die jüngeren Frauen in der Wissenschaft wünscht sie sich mehr finanzielle Unterstützung für Kinderbetreuung, mehr Ganztagsschulen, mehr Sportangebote, „um die Kinder vom Computer oder Fernseher wegzubekommen“. Ob sie noch Zeit für sich hat? Gelegentlich macht sie Musik, das ist ihr großes Hobby.
Manchmal, für ein paar Sekunden, wirkt Gisela Schütz sehr müde. Wie hat sie trotz der hohen Arbeitsbelastung, trotz der Einsamkeit das alles geschafft? Wenn man sie danach fragt, überlegt sie nur einen kurzen Moment. Dann huscht ein Strahlen über ihr schönes Gesicht. Und sie sagt nur: „Die Liebe zur Physik.“
