De Europese Onderzoeksraad (ERC) kent subsidies toe aan toponderzoekers om grensverleggend onderzoek in Europa te bevorderen. De Advanced Grants zijn bedoeld voor gevestigde academici die belangrijke onderzoeksprestaties op hun naam hebben staan. Advanced Grants kunnen oplopen tot 2,5 miljoen euro voor een periode van vijf jaar.

Maria Antonietta Loi 

Maria Antonietta Loi maakt materialen met specifieke structuren op nanometerschaal (een nanometer is een miljoenste millimeter). De nanostructuur bepaalt de eigenschappen van het materiaal en Loi wil met haar werk eerst begrijpen hoe dit gebeurt, en vervolgens specifieke nanostructuren voor gewenste toepassingen maken.

Zonnecellen 

Haar werk valt binnen de opto-elektronica, het vakgebied dat zich bezighoudt met de wisselwerking tussen materiaal en licht. Ze heeft gewerkt aan nieuwe soorten zonnecellen op basis van perovskieten, materialen met een zeer specifieke kristalstructuur, en op basis van kwantumdots, clusters van circa duizend atomen die zich gedragen als één grote superatoom. Deze materialen kunnen licht ontvangen en dienstdoen als zonnecellen of sensoren, of licht afgeven en dienstdoen als lichtgevende diodes (leds).

In haar werk voor het ERC gaat ze metamaterialen maken (oftewel ontworpen materialen die niet in de natuur voorkomen), die zo kunnen worden afgesteld dat ze op specifieke golflengtes licht ontvangen of afgeven en zo voor verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt. Loi gaat op perovskieten gebaseerde kwantumdots en kwantumbronnen combineren, met als einddoel de ontwikkeling van nieuwe infrarode fotodetectoren en zichtbaar licht afgevende diodes met superieure prestatieniveaus.

Bart van Wees

Bart van Wees bouwt en bestudeert nanoapparaten: elektronische circuits met een kern bestaande uit verschillende lagen materiaal met elk een dikte van slechts één atoom. Op deze schaal regeren de wetten van de kwantummechanica. Van Wees houdt zich bezig met spintronica, een vakgebied waarin gebruikgemaakt wordt van een kwantummechanische eigenschap van elektronen die ‘spin’ wordt genoemd. Om te begrijpen wat dit is, kun je je elektronen het beste voorstellen als kleine bolletjes die rond hun eigen as draaien. Aangezien spin een magnetische eigenschap is, zijn de ronddraaiende elektronen dus gevoelig voor magnetische velden.

2D-apparaten 

Deze spin kan twee waarden aannemen: ‘op’ of ‘neer’, waardoor, in principe, informatie kan worden opgeslagen of getransporteerd. Van Wees maakt 2D-apparaten, vaak op basis van grafeen (een soort koolstof), voor het transporteren en manipuleren van spins. Dit heeft al geresulteerd in een ‘spintransistor’.

Magnonen 

Van Wees gaat zich binnen zijn ERC-project bezighouden met zogenaamde ‘magnonen’. Een magnon is een spingolf in niet-geleidend magnetisch materiaal. Het is een verstoring in de magnetisering die zich verspreidt als een wave in een vol stadion: elektronen in het materiaal geven de spin door aan hun buren en keren vervolgens weer terug naar hun oorspronkelijke positie. Bij deze vorm van transport beweegt alleen de spin en blijven de elektronen op hun plek. Daardoor wordt er geen warmte gegenereerd en kost het transport maar heel weinig energie. Het ERC-project opent een wereld die nooit eerder is onderzocht. Van Wees gaat de wisselwerking bestuderen tussen spins, magnonen en fononen (een deeltje-achtige elastische excitatie, ook een kwantumverschijnsel) in 2D-systemen. Dit zal uiteindelijk nieuwe strategieën opleveren voor laagvermogen informatietechnologie, zoals warmtebeheer.

Siewert-Jan Marrink 

De Rijksuniversiteit Groningen heeft een lange geschiedenis op het gebied van computersimulaties van moleculen en atomen. De Gromacs-simulatiesoftware, die hier is ontwikkeld, is een van de toonaangevende pakketten voor onderzoek naar moleculaire dynamica. Hierop voortbordurend heeft Siewert-Jan Marrink speciaal hiervoor een veelgebruikt krachtveld ontwikkeld, het Martini-model, waarmee de simulaties aanzienlijk konden worden versneld. 

Martini-model 

Deze simulaties moeten verschillende schalen bestrijken: van atomen tot moleculen tot grotere structuren. Het Martini-model is speciaal ontworpen voor de simulatie van lipide membranen, die bijvoorbeeld levende cellen omvatten. Met simulaties kunnen processen worden blootgelegd die niet zichtbaar zijn in experimenten, zoals de wisselwerking tussen moleculen in een celmembraan. Dit wordt ‘computermicroscopie’ genoemd. Het uiteindelijke doel van Marrink is om een celorganel en zelfs een gehele cel te simuleren.

In zijn ERC-project wil Marrink een grote stap richting dit doel zetten. Dit vereist uitdagende methodologische innovaties op het snijvlak van de biologie, natuurkunde en scheikunde. Om een realistische biologische structuur te simuleren, moet het Martini-model kunnen werken met interacties tussen een grote verscheidenheid aan biomoleculen. De computermicroscoop moet kunnen inzoomen op details en moet kunnen uitzoomen om het gehele object te kunnen ‘zien’, wat simulaties op zeer verschillende schalen vereist. Marrink is ervan overtuigd dat hij hierin zal slagen. Een van de in zijn ERC-project beschreven doelen is het– voor het eerst – simuleren van een complete cel met een moleculaire resolutie: de van mycobacteriën afgeleide minimale cel JCVI- syn3A.

Door: Nationale Onderwijsgids