Nya Wallenberg Scholars

Anslaget är femårigt och uppgår till 18 miljoner kronor vardera för forskare i teoretiska ämnen och upp till 20 miljoner kronor vardera för forskare i experimentella ämnen. Anne L’Huillier får som Nobelpristagare ett anslag om 40 miljoner kronor.

Här presenteras LTH:s nya Wallenberg Scholars och vad de ska ägna sig åt inom ramen för programmet. Läs vilka fler vid Lunds universitet som får anslag.

Heiner Linke, professor i nanofysik
Proteiner är livets byggstenar. Vissa proteiner spelar en viktig roll i att omvandla energi till rörelse – och kan därför också beskrivas som naturens minsta motorer.  Att lära sig att bygga med hjälp av proteinmolekyler har länge varit en önskedröm för forskare. Nyligen kom fysikprofessor Heiner Linke ett steg närmare målet och som Wallenberg Scholar vill han nå ännu längre.

Till att börja kan man undra varför man ens vill ge sig i kast med att imitera naturen på det här sättet?

– Naturen är smart. Vi gissar att det finns en anledning till att evolutionen valde just proteiner som huvudbyggstenen för liv. Vi vet redan att energiförbrukningen hos proteinmotorer är extremt liten, men framför allt vet vi att det går att bygga extremt komplexa organismer med hjälp av proteiner, säger Heiner Linke, professor i nanofysik vid LTH, Lunds universitet.

– Om vi kan lära oss att konstruera och bygga med proteiner kan man drömma om komplex nanoteknik som dessutom skulle vara mycket mer hållbar än dagens nanoteknik.

Men just nu är alla forskarförsök på området proteinmotorer grundforskning utan direkt sikte på praktisk nytta.

Men forskningen går framåt. I slutet av februari demonstrerade Heiner Linke tillsammans med kanadensiska och australiska kollegor i Nature Communications världens första konstgjorda motor som skapar rörelse med hjälp av proteiner:  en mikrokula som för egen maskin rörde sig framåt tack vare att den var täckt av ett lager av proteiner, närmare bestämt enzymer. Eftersom enzymerna likt en gräsklippare klippte av ett annat lager av ”gräsmolekyler” på en glasyta rullade mikrokulan framåt. Den behövliga energin frigjordes när enzymerna klippte ”gräset”.

– Denna motor använder sig av biologiska proteiner som finns i naturen och ett stort antal proteiner behöver samverka.

Heiner Linkes och kollegornas stora mål är att skapa en självgående proteinmotor, bestående av en enda stor molekyl, som förflyttar sig med hjälp av ett biokemiskt bränsle.

– Ungefär såsom de biologiska motorerna myosin, som finns i muskler, och kinesin, som transporterar signalsubstanser i nervceller, säger Heiner Linke.

Som Wallenberg Scholar vill Heiner Linke ägna sig åt att bidra till designen av en autonom proteinmotor samt molekylsexperiment för att studera och optimera en sådan. Han vill också utforska proteindesign som en plattform för miljövänlig och hållbar nanoteknologi.

Vetenskaplig artikel: Motility of an autonomous protein-based artificial motor that operates via a burnt-bridge principle | Nature Communications

Vanya Darakchieva, professor i halvledarmaterial
Halvledarmaterial är centrala för många nyckelteknologier som möjliggör vår samhällsutveckling, exempelvis inom kommunikation, datorminnen, beräkningskapacitet, samt energiproduktion och – distribution. Vanya Darakchieva vill som Wallenberg Scholar skapa nya, miljövänliga halvledarmaterial för ett hållbart samhälle.

Gränserna inom halvledarfysik och halvledarteknik måste flyttas fram för att utveckla nästa generations kvantteknik och miljövänliga elektronik som är nödvändig för övergången till ett hållbart, säkert och motståndskraftigt samhälle. Banbrytande lösningar för medicinska- och kemiska sensorer, säker kommunikation och dataskydd, samt nya elektroniska komponenter för ett energieffektivt smart nät och för elektriska transporter är några exempel på vad som krävs.

För att sådana behov ska kunna tillgodoses kommer Darakchieva och hennes forskargrupp ta fram kunskap om outforskade halvledare med ultrastort bandgap, ultra-wide bandgap – UWBG, baserade på metalloxider och metallnitrider. Dessa nya material har stor potential att möjliggöra nästa generations miljövänliga kraftelektroniska komponenter med bättre prestanda och som är billigare och lättare att massproducera. 

Den nya halvledarmaterialen skulle också kunna också fungera som värdmaterial för att skapa punktdefekter för robusta kvantbitar och emittrar av enstaka fotoner som kan fungera vid rumstemperatur, något som viktigt för att de ska kunna användas i praktiska tillämpningar, som till exempel i kvantdatorer och kvantsensorer, som för närvarande endast kan fungera vid temperaturer nära den absoluta nollpunkten. 

Forskningen syftar till att leda till nya material av kvantkvalitet som kommer att utgöra källor för enstaka fotoner och enstaka spinns för kvantinformation och avkänning. Resultaten kommer också att möjliggöra nästa generations kraftelektronik med enorm potential för att radikalt förändra transporter samt distribution och omvandling av elektricitet, vilket kommer att minska koldioxidutsläppen.