För sjätte gången har Ingvar Carlsson Award delats ut till unga lovande forskare som förhoppningsvis ska ingå i en framtida svensk forskarelit. Genom riktade stipendier beviljas tolv unga forskare 4 miljoner kronor vardera för att bedriva forskning inom bland annat energieffektivare lysdioder och trådlösa nätverk.

Ingvar Carlsson, tillsammans med vd:n för SSF Lars Hultman och de tolv stipendiaterna.

Programmet är speciellt utformat för att locka unga forskare att återvända till Sverige och etablera en självständig och nyskapande forskningsverksamhet vid ett svenskt universitet. Årets stipendiater täcker forskningsområden som sträcker sig från livsvetenskap till fysik och teknik. Det handlar bland om effektivare energianvändning, där ett fokuserar på trådlösa nätverk, och ett annat på energisnåla organiska lysdioder.

Stipendierna delades i förra veckan ut av den före detta stadsministern Ingvar Carlsson personligen och i forskningsbidraget på 4 miljoner kronor ingår ett personligt stipendium på 60 000 kr. Mottagarna deltar också i ett särskilt utvecklingsprogram inom ledarskap.

– Sverige har en lång tradition av framstående forskning inom teknik, medicin och naturvetenskap. Ingvar Carlsson Award bidrar till att behålla och stärka landets konkurrenskraftiga forskning samt att uppmuntra forskare att återvända och etablera sig i Sverige, säger Lars Hultman, vd för Stiftelsen för strategisk forskning, SSF som bistår i forskningsprojekten.

Nedan har vi sammanställt lite information om fyra av de tolv intressanta forskningsprojekten.

Algoritmer och verktyg för realtidsoptimering

Pontus Giselsson från Lunds tekniska högskola ska forska inom området algoritmer och verktyg för realtidsoptimering.  Kärnan i detta projekt är att utveckla och effektivisera algoritmer som löser matematiska optimeringsproblem och som kan användas inom flera olika områden, till exempel signalbehandling, reglerteknik och bildrekonstruktion. Forskningsprojektet kommer framför allt ha fokus på att utveckla algoritmer och mjukvara för reglertekniska tillämpningar samt för bildrekonstruktion i magnetröntgenmaskiner.

Holistisk optimering av energieffektivitet i mobilnät

Emil Björnson vid Linköpings universitet kommer att driva ett forskningsprojekt döpt till ”Holistisk optimering av energieffektivitet i mobilnät” har som mål att undersöka hur framtidens mobilnät kan utvecklas till att bli drastiskt mer energieffektiva. Detta kommer att analyseras utifrån fysikaliska modeller för hur energiförbrukningen beror på mängden trådlös dataöverföring. Förfinade modeller kommer utvecklas för att ge en komplett (holistisk) bild av energiförbrukningen. För det kommer matematiska optimeringsverktyg användas för att bestämma de teoretiska gränserna för hur energieffektivt ett mobilnät kan bli. Projektet kommer identifiera nya designkoncept för energieffektiva nätverk som siktar mot att nå de teoretiska gränserna. Förstudierna har identifierat två huvudspår för att uppnå högre energieffektivitet:

• Förtätning av nätverksinfrastrukturen (fler basstationer per km²) är ett sätt att minska energiförlusterna i den trådlösa överföringen.

• Flerantennteknik (hundratals små antenner per basstation) kan skydda dataöverföringar från störningar genom att rikta de trådlösa signalerna mot sina mottagare och möjliggör också samtidig överföring till många användare. Samspelet mellan dessa metoder kommer att analyseras inom projektet.

Organoplasmonisk fototermoelektronik för energiutvinning

Guldnanopartiklar har en fantastiska förmåga att fånga in ljus och omvandla det till elektronsvängningar i guldet. Svängningar kallas plasmoner och undersöks numera inom många olika områden, som förnybar energi, ultrasmå ljuskällor och fototermisk cancerterapi. I Magnus Jonssons forskningsprojekt vid Linköpings universitet används bland annat konceptet för utveckling av biosensorer, med målet att bidra med bättre och billigare medicinsk diagnostisk.

Med plasmonik går det att hantera ljus på nanoskalan och fokusera det till mycket mindre områden än vad som är möjligt med ett vanligt mikroskop. En del av ljuset sprids sedan vidare, medan en annan del avges som värme till den närliggande omgivningen. Plasmonpartiklar kan på så sätt användas som mycket små värmekällor som styrs av ljus. Tidigare har man använt sådan optisk uppvärmning – eller plasmonuppvärmning – för att öppna och stänga fluidiska nanovalv; för att studera intensitetsprofiler hos fokuserade laserstrålar; och för att effektivt fånga in DNA-molekyler till biosensorer genom en process som kallas termofores, där molekyler rör sig i en temperaturgradient.

Tillämpning för solceller
I andra sammanhang kan plasmon-uppvärmning vara en nackdel, till exempel när plasmonpartiklar används för effektivisering av solceller. Medan man i sådana applikationer oftast önskar minimera uppvärmning, vill man här istället undersöka möjligheten att utnyttja och omvandla den till elektrisk energi. Särskilt intressant är att uppvärmningen sker lokalt, vilket leder till närliggande varma och kalla områden.

Inom forskningsprojektet planerar man att omvandla dessa temperaturskillnader till elektricitet genom den termoelektriska effekten. Principen bygger på att elektroner och andra laddningsbärare har en tendens att röra sig från varmare till kallare områden, vilket idag bland annat används till att generera ström på rymdfarkoster. Magnus Jonsson är särskilt intresserade av att undersöka konceptet i kombination med elektriskt ledande organiska polymerer, vilka nyligen visats lovande för utveckling av en ny generations billiga och miljövänliga termoelektriska system, och som dessutom kan produceras på flexibla material såsom papper och tyg. Förutom utveckling av en ny typ av solcell förväntas deras forskning leda till nya mät- och tillverkningsmetoder, samt bidra med grundläggande insikter i gränslandet mellan plasmonik, organiska polymerer och termoelektronik.

Singlett insamlande för snabb och effektiv ljusproduktion

Karl Börjesson vid Chalmers Tekniska Högskola kommer att forska på kur energieffektivare organiska lysdioder kan skapas. En av de mest intressanta och användbara ljuskällorna är den organiska lysdioden eftersom den kombinerar en potentiell hög energieffektivitet till låg produktions- och miljökostnad. Dessutom emitterar den ljus ifrån en yta och inte en punkt, vilket gör nya användningsområden möjliga.

I en organisk lysdiod exciteras molekyler när en spänning läggs över dioden. Elektroner och elektronhål flödar genom det aktiva materialet som finns mellan elektroderna och en så kallad rekombination uppstår när en elektron och ett elektronhål möts på en och samma molekyl. Effekten blir att molekylen exciteras. Ungefär 25 procent av de bildade exciterade tillstånden blir singlett-tillstånd och 75 procent blir triplett-tillstånd; tillstånd som har med elektronens spinn att göra.

Det här är ett stort problem eftersom det kvantmekaniskt formellt förhåller sig så att ett triplett-tillstånd inte emitterar ljus, annat än möjligtvis med väldigt låg hastighet. Det innebär att organiska lysdioder får problem med ljusstyrkan och livslängden.

En metod som möjliggör att alla elektriska rekombinationer leder till exciterade singlett-tillstånd hade revolutionerat hela forskningsfältet inom organisk elektronik. Detta är förmodligen inte möjligt, men det här forskningsprogrammet syftar till att utveckla metoder att omvandla triplett-tillstånd till singlett-tillstånd så att excitationerna uppför sig som om de redan ifrån början var singlett-tillstånd. För att nå det här kommer två olika vägar att utforskas. De bygger på helt skilda fysikaliska principer, men målet är detsamma, och metoderna och teknikerna som används är likartade.

Fokus i båda inriktningarna är att undersöka vilka designparametrar som ger den effektivaste triplett- till singlett-konverteringen, men de använda molekylära systemen kommer ändå om möjligt bestå av molekyler som redan utan triplett till singlett-tillstånds-konvertering fungerar utmärkt i organiska lysdioder. Detta för att på ett smidigt sätt kunna använda den utvecklade teknologin i praktiskt användbara lysdioder.

Filed under: SvenskTeknik