108 miljoner kronor till forskning som kan ge vetenskapliga genombrott

Energieffektiv optisk fiberkommunikation, laser och plasma för till exempel cancerbehandling, och snabbare transistorer för större bandbredder – om det handlar tre chalmersledda forskningsprojekt som delar på 108 miljoner kronor i nya medel.

Bakom de tre femåriga projekten står forskarlag med Peter Andrekson, Tünde Fülöp och Herbert Zirath som huvudansvariga. De nya anslagen kommer från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, som delar ut drygt 770 miljoner kronor till totalt 27 forskningsprojekt inom teknik, fysik, matematik, medicin och övrig naturvetenskap.

De tre forskningsprojekten med huvudmottagare av anslaget på Chalmers:

Ska minska energibehovet hos fiberoptiska system till en tiondel

Den snabbt ökande datatrafiken kräver stora mängder energi. Inom tio år kan den behöva dubbelt så mycket el som hela världen producerar idag, om ingenting görs. Men det går att bygga betydligt snålare system, menar forskare på Chalmers, som inleder ett unikt projekt om energieffektiv fiberoptisk kommunikation.

Mest el använder maskinerna som finns hos oss användare och i stora serverhallar, men även elektroniken som skapar och förstärker de optiska signalerna som skickas runt i små och stora nätverk på jorden, kräver betydande mängder energi. 

På Chalmers finns världsledande kompetens inom fiberoptisk kommunikation, och med hjälp av det nya anslaget ska forskare nu inventera flaskhalsarna i systemet och ta fram en modell för hur framtidens fiberoptiska system kan bli mer effektiva. Målsättningen är att minska energibehovet till en tiondel av idag, säger Peter Andrekson, professor i fotonik och den som ska leda projektet.

– Jag är helt säker på att det är möjligt. I teorin kan man spara långt mer, men vi vill börja med ett mål som kan fungera i praktiken inom de fem år som projektet ska pågå.

Anslaget på 33,9 miljoner kronor innebär att ett tiotal personer från tre olika institutioner kan ta sig an problemet från lite olika håll. Utöver Peter Andreksons egen institution, mikroteknologi och nanovetenskap, kommer forskare från institutionen för signaler och system, samt institutionen för data- och informationsteknik att delta. Den tvärvetenskapliga kompetensen och storleken på projektet gör det unikt inom sitt fält.

– Energieffektivitet i fiberoptiska system är ett nytt och viktigt område, där det pågår väldigt lite forskning i världen. Det är oerhört roligt att vi får chansen att bidra till en hållbar utveckling inom datakommunikation. 

Kontakt: Peter Andrekson, 031-772 16 06, peter.andrekson@chalmers.se

Laser och plasma kan ge effektiv och billigare cancerbehandling

Tillämpningspotentialen är enorm. Därför satsas 38,5 miljoner på att göra tekniken kring plasmabaserade jonkällor mer effektiv och mer stabil. Projektansvarig är Tünde Fülöp, professor i fysik.

Protonterapi har använts som cancerbehandling sedan 50-talet. Joner deponerar sin energi, till skillnad från exempelvis röntgenstrålar och elektroner, huvudsakligen vid slutet av sin bana. Därför kan djupliggande tumörer behandlas med joner utan att omkringliggande frisk vävnad skadas – så kallad hadronterapi. Detta görs idag med hjälp av konventionella acceleratorer.

I dagens acceleratorer måste jonerna accelereras över långa sträckor för att få den höga energi som krävs – annars uppstår elektriska överslag i acceleratorn. Detta leder till stora anläggningar och höga kostnader, och därför finns acceleratorerna bara på några få ställen i världen.

I ett plasma, en elektriskt ledande gas som skapas med högeffektslasrar, kan fältstyrkor flera tusen gånger starkare än de som används i konventionella acceleratorer upprätthållas. Med plasma kan tekniken alltså göras mer kompakt och inte heller så dyr.

Men först måste tekniken göras reproducerbar och stabil. Idag skulle man kanske kunna behandla ett öga, men de höga energier som krävs för behandling djupare in i kroppen har ännu inte uppnåtts. Två forskarlag på Chalmers ledda av Tünde Fülöp och Mattias Marklund, tillsammans med forskare från Umeå och Lund (där Sveriges enda högeffektslaser finns) ska försöka hitta metoder för att öka effektiviteten i energiöverföringen från laserenergi till partikelenergi, energin hos de accelererade partiklarna, och stabiliteten i de producerade jonstrålarna.

Genom att belysa tunna folier med extremt starka laserpulser kan man skapa energirika jonstrålar. Problemet är att hitta metoder för att åstadkomma strålar av tillräckligt hög kvalité. Det är just detta som projektet inriktar sig på. Dels med hjälp av nya typer av experiment, men även med hjälp av nya sätt att modellera de extrema miljöer som dessa lasergenererade tillstånd utgör.

Tekniken har också flera andra tillämpningsområden, till exempel inom fusionsenergi, medicinska PET-undersökningar, rymdforskning och transmutation av radioaktivt avfall.

Kontakt: Tünde Fülöp, 031-772 31 80, tunde.fulop@chalmers.se

Ska förverkliga drömmen om större bandbredder

35,6 miljoner kronor går till ett projekt som ska utveckla världens snabbaste transistor. En sådan kan ge tillgång till de stora bandbredder som finns på frekvenser som är omöjliga att använda idag. Projektet leds av Herbert Zirath, professor i mikroteknologi och nanovetenskap.

Sociala medier, streamad hd-tv, molntjänster och videokonferenser – vårt vardagliga bruk av mobila tjänster slukar allt mer bandbredd. Det innebär att de lägre frekvenser som används för mobil datatrafik idag inte kommer att räcka så länge till. Vi måste börja använda de stora bandbredder som står till förfogande inom frekvensområdet 100 gigahertz till 1 terahertz. Ett sådant system skulle kunna bli 10 till 100 gånger effektivare än dagens. 

Idag används kisel som halvledare i mikroprocessorer, radiosystem och annat. Problemet är att kisel inte kan generera tillräckligt hög effekt för att överbrygga det så kallade terahertz-gapet. En ny halvledare måste fram, och inom projektet – ett samarbete mellan Chalmers, KTH och Linköpings universitet – kommer en ny materialstruktur baserad på halvledarmaterialet indium-nitrid att utforskas. Indium-nitrid är ett optimalt val för en högfrekvenstransistor eftersom det besitter den ovanliga egenskapen att kunna generera hög effekt vid höga frekvenser. Ju högre frekvenser, ju lägre effekt är annars det vanliga. 

Den stora utmaningen för forskarna under de fem år projektet varar ligger i att hitta rätt materialkombination och att sedan fysiskt bygga upp den. Lyckas man kommer en transistor som är dubbelt så snabb som de bästa idag att bli verklighet.Tekniken som utvecklas har också fler användningsområden, till exempel sensorer för industriella processer, säkerhetssystem och medicinsk elektronik.

Kontakt: Herbert Zirath, 031-772 18 52, herbert.zirath@chalmers.se