Wallenberg ger 85 miljoner till ny chalmersforskning

Chalmersforskarna Per Delsing och Dag Winkler får tillsammans närmare 85 miljoner kronor i anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse (KAW) för två separata projekt inom nanoteknologi och neurovetenskap. Totalt delar stiftelsen ut forskningsmedel på 1,2 miljarder till svenska högskolor och universitet.

Två av de nya femåriga projekten leds från Chalmers och beviljas totalt 84 740 000 kronor. Båda projekten bygger på supraledande elektroniska komponenter som kallas squidar, men de två projekten använder squidarna på helt olika sätt. Delsing driver squidarna med ett snabbt magnetfält för att skapa ljus, medan Winkler använder squidarna som känsliga detektorer för att mäta extremt svaga magnetfält från hjärnan.

Per Delsing, professor i experimentell fysik, får 50 343 000 kronor för projektet "Fotonkondensat och relativistisk fysik på ett mikrochip" ("Quantum states of photons and relativistic physics on a chip"). Projektet genomförs i samarbete med Kungliga Tekniska högskolan (KTH) i Stockholm, där professor David Haviland är medsökande. I laget ingår också chalmersforskarna Jonas Bylander, Göran Johansson och Vitaly Shumeiko.

– Vi kommer att närma oss det spännande gränsområdet mellan allmän relativitetsteori och kvantfysik genom experiment med supraledande elektriska kretsar och nanoteknologi. Dessutom kommer vi att skapa ljuspartiklar i nya kvantmekaniska tillstånd, förklarar Per Delsing.

Projektet bygger delvis på den uppmärksammade teknik som Delsings forskarlag kunde demonstrera 2011 - där man använde squidar som mycket snabba speglar och på så sätt lyckades skapa ljuspartiklar (fotoner) ur vakuum. Därmed bevisades den så kallade dynamiska Casimir-effekten (DCE), ett vetenskapligt genombrott som forskarna strävat efter i 40 års tid.

– Denna teknik gör det nu möjligt för oss att studera nya fysikaliska fenomen på ett mikrochip: relativitetsteorins tvillingparadox och kvantmekaniska klustertillstånd hos fotoner, säger Per Delsing.

Dag Winkler, professor i fysik, får 34 397 000 kronor för projektet "Neuro-squid - ett nytt sätt att mäta hjärnaktivitet" ("Nanoscale superconducting devices for a closer look at brain activity"). Hans medsökande är professor Martin Ingvar på Karolinska Institutet i Stockholm och professorerna Mikael Elam och Johan Wessberg på Sahlgrenska akademin vid Göteborgs universitet. I forskarlaget ingår även chalmersforskarna Thilo Bauch och Alexei Kalabukhov samt Justin Schneiderman, även han på Sahlgrenska akademin.

– Neuro-squid är en helt ny teknik, som bygger på de senaste framstegen inom nanoteknologi, högtemperatursupraledning och kvantelektronik. Med den kommer vi att kunna kartlägga den mänskliga hjärnan med mycket hög precision – helt riskfritt, förklarar Dag Winkler.

Projektet är en vidareutveckling av ett tidigare forskningsprojekt inom magnetencefalografi (MEG) som blev uppmärksammat häromåret och där även nätverket Medtech West var en central samarbetspart. MEG är en viktig metod inom hjärnforskning och diagnostik. Utrustningen är dock mycket dyr, det enda svenska exemplaret finns på den nationella forskningsanläggningen Natmeg vid Karolinska Institutet. Men för två år sedan blev Dag Winklers forskargrupp först i världen med att visa på ett billigare alternativ: att så kallade högtemperatur-supraledande kvantinterferometrar (hög-Tc-squidar) kan användas för att framgångsrikt mäta spontan hjärnaktivitet. Denna "högtemperatur-MEG" kan göra samma typ av avancerade neurologiska undersökningar till en mycket lägre kostnad.

– Från vissa områden i hjärnan kan vår metod också påvisa speciella signaler som inte setts med någon tidigare teknik. Resultaten var oväntade och öppnar upp ytterligare frågeställningar inom neurovetenskapen. Vi kommer nu att kunna ge en flygande start åt dessa frågeställningar, säger Dag Winkler.

Genom att bygga kluster av hög-Tc-nano-squidar som tillsammans kan plocka upp tillräckligt med magnetfält för att ge en mätbar signal – en teknik som hittills aldrig prövats - hoppas man i det nya KAW-finansierade projektet ta forskningen vidare framåt. Tekniken skulle teoretiskt kunna öka känsligheten ytterligare i samband med hjärnundersökningar.

– Neuro-squid kanske till och med kan hjälpa neurovetenskapen att besvara frågan vad som gör oss till medvetna varelser, säger Dag Winkler.

Projektet kommer att ha tillgång till den avancerade MEG-utrustningen på Natmeg, och delar av forskningen genomförs där.

Per Delsing och Dag Winkler är båda verksamma vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers, Winkler som prefekt. Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse är Sveriges största privata forskningsfinansiär.

Tvillingparadoxen
I korthet innebär paradoxen att en tvilling färdas i ett snabbt rymdskepp medan den andra stannar hemma. När den resande tvillingen återvänder, är hon yngre än sin jämnåriga tvilling. Med två rörliga speglar kan chalmersforskarna skapa ett "rymdskepp" där fotoner fångade mellan speglarna kan flyttas kontrollerbart, med nära ljusets hastighet. Man bör då kunna mäta att tiden går långsammare för dessa fotoner än om man inte flyttar på speglarna snabbt.

Kvantmekaniska klustertillstånd hos fotoner
I en elektrisk svängningskrets där squidar fungerar som speglar kan man fånga fotoner som genereras av DCE, och manipulera deras kvantegenskaper. Genom att driva en squid med mer än en frekvens kan man få speglar att röra sig nästan hur som helst. Då går det att generera så kallade klustertillstånd, kvantmekaniska tillstånd där fotoner med olika färger är sammanflätade. Dessa tillstånd kan användas som bas för en kvantdator, en teknologi som har potential att revolutionera informationsbehandling.

Läs mer:

Avancerad hjärnundersökning kan bli bättre och billigare
Alla anslagen från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse