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Von Bangalore über Cambridge nach Zürich
Eher zufällig wurde Priyank Vijaya Kumar Materialwissenschaftler. Seine Begeisterung für komplexe Simulationen von Materialeigenschaften führte den Inder über Boston nach Zürich an die ETH. Im Herzen Europas hat er seine zweite Heimat gefunden.
Den Grundstein dafür, dass Priyank Vijaya Kumar für die weltweit besten Forschungsgruppen in den Materialwissenschaften arbeiten würde, legte er am 9. April 2006. Dies war der Tag, an dem er die Aufnahmeprüfung für ein Studium am Indian Institute of Technology (IIT) in Chennai absolvierte. Das IIT ist die beste Ingenieurschule des Landes. 300‘000 Bewerber nehmen jedes Jahr am Eintrittstest teil. Nur 5000, also knapp zwei Prozent, werden aufgenommen. Und Kumar gehörte dazu.
Zwei Jahre lang hatte er sich gezielt auf die Prüfung vorbereitet. Das bedeutete täglich vier zusätzliche Schulstunden in Physik, Mathematik und Chemie. Trotz der Plackerei erinnert sich Kumar gerne an diese Zeit: «Ich habe damals einige meiner besten Freunde kennengelernt», erzählt er. «Wir waren alle sehr ambitioniert, arbeiteten hart und hatten trotzdem jede Menge Spass.» So zum Beispiel, wenn sich die Lerngruppe abends zum gemeinsamen Cricketspiel in den Strassen Bangalores traf – in der Acht-Millionen-Stadt, in der er als Sohn eines Bankmanagers und einer Bankmanagerin aufgewachsen war.
Die Aufnahme ans IIT hat Priyank Kumar seinem fünf Jahre älteren Bruder Pavan zu verdanken. Dieser förderte Priyank, indem er ihn früh für Mathematik begeisterte und ihn neben der Schule darin unterrichtete. Als Pavan die Aufnahmeprüfung ans IIT nicht bestand, setzte er alle Hoffnungen in seinen Bruder. Zu recht, wie sich herausstellte.
Keine Vorstellung von Metallurgie
Mit 18 Jahren zog Kumar von Bangalore in die Küstenstadt Chennai, acht Stunden Busfahrt entfernt, im Südosten des Subkontinents. Ursprünglich wollte er Elektrotechnik studieren. Doch er musste sich in Metallurgie und Materialwissenschaften einschreiben, weil die Studienplätze am IIT anhand des Rangs beim Eintrittstest verteilt werden. Kumars Ergebnis reichte weder für Informatik – den beliebtesten Studiengang – noch für Elektrotechnik.
«Ich hatte keine Vorstellung davon, worum es in der Metallurgie ging und was mich im Studium erwarten würde», erinnert er sich. Als er jedoch entdeckte, dass das Studium weit über das Erlernen von Prozessen zur Metallherstellung aus Eisenerzen hinausreicht und Mathematik für die Disziplin fundamental ist, war sein Interesse geweckt. Hinzu kam, dass in seinem Institut zeitgleich zwei junge Professoren ihre Arbeit aufnahmen. Sie waren stark an mathematischen Lösungen in den Materialwissenschaften interessiert. «Am Ende der Vorlesungen zeigten sie uns meist noch computergestützte Simulationen und die dafür benötigten Codes und Programme. Ich dachte dann immer: `Wow, so was will ich auch machen`.»
Die Gelegenheit dazu erhielt Kumar während eines dreimonatigen Praktikums in den «National Aerospace Laboratories» in Bangalore, dem wichtigsten indischen Forschungszentrum für die zivile Luftfahrt. In der Abteilung für computergestützte Fluiddynamik lernte er Programme wie Matlab und Fortran anwenden und begann selbst Simulationen zu programmieren.
Nach Abschluss des Studiums wollte Kumar nur eines: Sein Wissen in diesem Bereich ausbauen, und zwar am liebsten als Doktorand im Ausland. Zehn Bewerbungen verschickte er an amerikanische Universitäten. Nach Absagen der Universitäten Stanford, Princeton und Ohio glaubte er nicht mehr daran, dass er einen Platz an einer guten Universität erhalten würde. Doch dann bekam er vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, der bekanntesten Ingenieursschmiede der USA, eine Zusage. Seine kühnsten Träume wurden war.
Graphenoxid unter der Lupe
Am MIT forschte Kumar in der Gruppe von Professor Jeffrey C. Grossmann. Sie erforscht neue Materialien für die Energieübertragung und -speicherung, für Photovoltaik, Thermoelektrik, Wasserstoffspeicherung und für die Produktion von solaren Treibstoffen. Der Doktorand beschäftigte sich fünf Jahre vorwiegend mit der Charakterisierung von Graphenoxid, einer Vorstufe von Graphen, einem zweidimensionalen Molekülraster, das an Bienenwaben erinnert.
«Mein grösster Erfolg war der Nachweis eines bis dahin unbekannten Phasenübergangs bei der langsamen Erwärmung von Graphenoxid» Priyank Vijaya Kumar, Materialwissenschaftler an der ETH Zürich
Als Kumar seine Forschung 2010 begann, stieg das Interesse für Graphen stark an, weil die elektrischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften des Materials einmalig sind: Es ist ausserordentlich fest (vergleichbar mit einem Diamanten) und trotzdem biegsam. Es besitzt eine einzigartige Ladungsverteilung im Molekül, ist ein guter Stromleiter und unter bestimmten Bedingungen erzeugt es extrem starke pseudo-magnetische Felder.
«Mein grösster Erfolg war der Nachweis eines bis dahin unbekannten Phasenübergangs bei der langsamen Erwärmung von Graphenoxid», erzählt Kumar. Dabei werden die Sauerstoffatome regelmässig angeordnet, was die optischen und elektronischen Eigenschaften des Materials verbessert. Er nutzte diesen Phasenübergang in zwei unterschiedlichen Anwendungsgebieten: Für eine bessere Leitfähigkeit von Elektroden und für die effiziente Isolierung von Zellen in der Biologie.
Ausschau gehalten nach Top-Unis in Europa
Am MIT lernte Kumar auch seine heutige Frau kennen, ebenfalls eine Materialwissenschaftlerin. Sie war es, die ihn nach der Doktorarbeit dazu brachte, sich in der Schweiz für eine Stelle zu bewerben. «Meine Frau ist Italienerin und liebt Europa über alles. Deshalb wollte sie zurück», erzählt er. Kumars Wahl fiel auf die beiden ETH, seiner Meinung nach die beiden Top-Universitäten Europas in seinem Forschungsfeld.
Seit August 2015 arbeitet er als Postdoctoral Fellow in der Forschungsgruppe von ETH-Professor David Norris. Dessen Gruppe ist bekannt für bahnbrechende Forschung im Bereich von optischen Materialeigenschaften und Möglichkeiten, diese gezielt zu modifizieren. Dabei entstehen Materialien mit aus der Natur unbekannten, komplett neuen Eigenschaften.
Auf der Suche nach neuen Formen der Photokatalyse
Kumar arbeitet derzeit an neuen Formen der Photokatalyse. Er sucht nach Möglichkeiten, chemische Prozesse durch Licht anstatt Wärme zu katalysieren. Solche Prozesse sind grundlegend für neue Technologien zur Gewinnung von erneuerbarer Energie, wie zum Beispiel eine durch Sonnenlicht katalysierte Herstellung von Wasserstoff. «Die Photokatalyse auf metallischen Nanopartikeln ist noch ein relativ neues Feld mit vielen Unbekannten», erklärt Kumar.
Für die Simulationen von photokatalytischen Prozessen ist er auf leistungsstarke Grossrechner angewiesen, zum Beispiel auf das ETH-Rechencluster «Euler». Er schätze die zentralisierte, gut betreute Infrastruktur sehr, sagt er. Das sei effizienter als am MIT, wo jede Forschungsgruppe ihren eigenen Computercluster unterhalte. Zudem seien die Mitarbeitenden in Zürich entspannter. «Das Konkurrenzdenken an amerikanischen Universitäten ist zwar motivierend, kann aber auch anspruchsvoll sein.»
Auch im Hinblick auf Industriekooperationen erkennt er Unterschiede. In Cambridge sei kaum ein Tag vergangen, ohne dass sich eine Firma auf dem Campus präsentierte, um Studierende zu rekrutieren oder Forschungskooperationen einzufädeln. «Dadurch betrachtet man seine Forschung vermehrt durch die Brille der Industrie und fragt schneller nach Anwendungen», sagt Kumar. «In Zürich legt man dagegen mehr Wert auf die Grundlagen.»
Freude an den indischen Wurzeln
Heute lebt Kumar zusammen mit seiner Frau in Uster. Sie arbeitet als Postdoktorandin an der Universität Zürich. Vermisst er Indien und seine Familie nicht? Seit er in Zürich arbeite, fühle er sich seinen Eltern in Bangalore wieder ein Stück näher sagt er. Drei Mal pro Jahr besucht er sie und oft auch gleich noch die erweiterte Familie. Das sind mit Cousins und Neffen bis zu zweihundert Personen. Zweimal im Jahr trifft sich die Grossfamilie und fährt mit gemieteten Bussen aufs Land – zum Theater spielen, tanzen, essen, lachen und für Ausflüge zu hinduistischen Tempeln. Kumar liebt solche Gemeinschaftsrituale.
Als Aussenseiter hat sich Kumar in Europa nie gefühlt. Bereits während eines Austauschsemesters in Stuttgart und eines Praktikums in Italien beim Autobauer Ferrari sei er bestens aufgenommen worden. Mittlerweile sei er genauso zum Europa-Fan geworden wie seine Frau, sagt er. Denn er staune immer wieder über die Vielfalt auf engstem Raum. Und er erkennt Gemeinsamkeiten mit seiner Herkunft: «Beide haben ein Jahrtausende altes Kulturerbe.»
Seine nächsten beruflichen Schritte sieht er in einer Professur an einer – wen wundert`s – europäischen Universität. Liebäugelt er mit einem Engagement an der ETH? «Die Lehrstühle an der ETH sind begehrt und das Selektionsverfahren dafür ist streng», gibt er zu bedenken. «Wahrscheinlich muss ich zuerst an anderen Universitäten Erfahrungen sammeln, bevor ich bereit dafür bin.»