Initiativet nano

Genom att förena de senaste framstegen inom fysik, kemi och biologi är idag nanovetenskap och nanoteknik ett av de mest tvärvetenskapliga forskningsområdena. Utmaningarna är stora i framtidens globaliserade samhälle men nanoteknikens möjligheter inom områden som IT, medicinsk teknik och energiproduktion inger samtidigt stort hopp.

Chalmers har investerat i en egen nanofabrikationsmiljö, som är en av världens mest avancerade, liksom i mekanismer för att omvandla forskningsresultat och innovationer till tjänster och produkter. Särskild excellens med samtidig möjlighet till unikt nyskapande har identifierats inom fälten nanofysik, molekylär nanovetenskap och nanobiofysik. Dessa tre områden utgör basen i Chalmers nanoinitiativ. Områdena sammanförs hos Chalmers Nanotechnology Center, som representerar mer än 100 forskare.

Chalmers Nanotechnology Center

Chalmers forskning inom nanofysik syftar till att förstå och utnyttja fenomenet att när komponenters eller materials dimensioner krymps till nanoskalan, förändras deras mekaniska, elektriska, magnetiska och optiska egenskaper. Ett centralt mål är att på nanoskalan konstruera system som gör det möjligt att kontrollera kvantmekaniska fenomen, till exempel processer som utgår ifrån aktivering och mätning av elektroner/fotoner en och en. En vision är att lägga basen för så kallade kvantdatorer, vilka skulle kunna utföra beräkningar som dagens klassiska datorer inte klarar av inom rimlig tid.

Optik på nanoskalan är ett annat av Chalmers styrkeområden. Här är målet att kontrollera och utnyttja ljus på längdskalor väsentligt kortare än ljusets våglängd. Med tillräckligt små metallstrukturer kan ljusets energi koncentreras extremt lokalt och utnyttjas inom till exempel förbättrad effektivitet hos solceller, fotokatalys, snabbare optisk kommunikation och avbildning.

Inom nanobiofysik är tillämpningarna medicinsk terapi och diagnostik centrala mål. Där är en av Chalmers visioner att integrera optiska och elektriska nanokomponenter i vätskesystem med dimensioner i samma storleksordning och med samma flexibilitet som de transportnätverk miljarder års evolution utrustat levande organismer med. Cellers interna mekanismer och kommunikation med varandra dirigeras på nivån enstaka molekyler, och för att fullt ut förstå vår biologi krävs system som hanterar vätska och registrerar signaler med samma känslighet. Dessa system kommer också kunna revolutionera såväl medicinsk diagnostik som läkemedelsutveckling och sjukdomsbehandling.

I flera avseenden överträffas vi fortfarande av naturen, där specifika funktioner är baserade på självorganisering av molekyler med dimensioner ännu mindre än de finaste enheter vi med dagens nanoteknik kan åstadkomma. Ett exempel är enzymers överlägsna förmåga att katalysera kemiska reaktioner eller fotosyntesens energiomvandling.

Inom molekylär nanovetenskap arbetar vi i riktning mot en atomär precision av kombinerade organiska och ickeorganiska system, genom att kombinera seriell konstruktion av nanokomponenter med parallell självorganisering med molekylär precision. Två centrala mål för den här verksamheten är nanobaserade katalysatorer för såväl rening och produktion som ny solljusbaserad energiproduktion.