Alexandra Boltasseva, Danmarks Tekniske Universitet

Fagområde

Nanoteknologi, optik

Kort beskrivelse af projektet

Formålet er at opnå optisk visualisering med en spaltning, der er bedre end bølgelængden på lysende lys. Dette er ikke muligt med konventionelle, optiske linser, og i dag kan dette udelukkende realiseres vha. teknikker, hvor en skanningsundersøgelse er placeret meget, meget nær ved objektet. Disse teknikker er ikke velegnede til visualisering af biologiske prøver – en udfordring for visualisering, som projektet vil arbejde med ved at benytte såkaldte superlinser. Superlinser er komplekse strukturer baseret på metal-dielektriske komponenter i nanometerskala, og subbølgelængde-spaltningen opnås gennem superlinsens evne til at forstærke særlige lyskomponenter, når den er placeret meget tæt på objektet. Jeg tror, at projektet kan bidrage til udviklingen af nye teknikker for små, såkaldte non-invasive visualiseringer, hvor man kan lave tredimensionelle billeder af indersiden af biologiske molekyler.

De forskningsmæssige udfordringer og perspektiver

Projektet er meget udfordrende, idet det indeholder både ny fysik og ny teknologi. For at tilføre super-spaltning bliver jeg nødt til at modellere og designe et superlinsesystem: jeg bliver nødt til at forstå i detaljer, hvordan lys forplanter sig gennem et så komplekst system af lag. Derefter kommer de teknologiske udfordringer. For det første skal jeg udvikle processer, så jeg kan fremstille en superlinse. En superlinses evne til at opløse detaljer på nanometerskala afhænger i høj grad af linsens strukturelle kvalitet (for det meste materialernes ruhed og ensartethed). Dette betyder, at jeg bliver nødt til at udvikle en ny fabrikationsmetode, der kan bibringe en højere kvalitet end tidligere demonstreret. Det næste skridt vil være at kombinere to forskellige platforme – et nanofotonisk system (i dette tilfælde en superlinse) og nanofluidics (hvor vores bio-objekter vil blive placeret).

Hvad er de langsigtede perspektiver?

En superlinses evne til at producere optisk subbølgelængde-spaltning i et lab-on-a-chipmiljø repræsenterer en afgørende, vigtig udvikling. Denne teknologi ville f.eks. kunne lede til produktion af tredimensionelle såkaldte intraobjektbilleder, som er af stor interesse for biomedicinske analyser. Denne tilgang vil kunne gøre det muligt at studere intakte molekyler i stedet for molekyle-metalkomplekser og kunne afdække nye aspekter i forhold til nanofabrikation ved at tilføre et nyt værktøj til nanometerskala-litografi. Desuden har teknologien også potentiale i forhold til at udvikle ’remote optical actuation’ eller manipulation af bio-objekter på nanometerskala.

Hvordan forholder projektet sig til områdets internationale udvikling?

Udviklingen af hjørnestenene inden for prototyper af visualiseringssystemer, som anvender superlinser, placerer dette projekt i front af den internationale forskning inden for dette område. Mens der har været mange teoretiske forudsigelser, er der kun blevet udført bevis-af-princip-eksperimenter indtil videre. Der eksisterer kun et begrænset antal eksperimenter inden for dette område, og der har ikke været forsøg på at udvikle et realistisk anvendelsesudstyr, idet dette kræver en tung procesudvikling og avanceret nanofabrikationsværktøj. Desuden giver kombinationen af to lovende og succesfulde nanoteknologiske områder (plasmonic nanophotonics og nanofluidics) mig en unik mulighed for at etablere en ny retning inden for dette interessante felt.

Hvordan vil du anvende Det Frie Forskningsråds Ung Eliteforskerpris?

Bevillingen vil give mig mulighed for flere forskningsophold ved de førende universiteter i verden, at invitere berømte forskere og videnskabsmænd til at holde seminarer, at organisere videnskabelige workshops for at etablere nye netværk og udvide det eksisterende nationale og internationale samarbejde, samt skaffe mere synlighed omkring projektet ved at deltage i højt profilerede konferencer og workshops. Alt i alt er formålet at udvikle et stærkt og succesfuldt netværk af frugtbare samarbejdsrelationer inden for projektets ramme samt at tilføre projektet resultater, synlighed og anerkendelse.

Hvordan opstod din interesse for netop dette forskningsfelt?

Under arbejdet med mit ph.d.-projekt var jeg så heldig at beskæftige mig med det interessante felt ’plasmonics’ gennem min bi-vejleder – en verdenskendt ekspert i ’plasmonic nanophotonics’, Sergey Bozhevolnyi (Aalborg Universitet), og jeg arbejdede i virksomheden Micro Managed Photonic A/S, der forsøgte at udvikle optiske plasmoniske komponenter. Virksomheden lukkede, men jeg ønskede at fortsætte mit arbejde inden for dette lovende felt, og jeg fik et 2-årigt post.doc.-projekt, hvor jeg fortsatte med at arbejde med plasmoniske komponenter. Gennem disse år deltog jeg i mange højt profilerede konferencer og etablerede et internationalt samarbejde med den ledende gruppe inden for feltet ’plasmonics og metamaterialer’. Eftersom metamateriale-feltet er afledt af ’plasmonic nanophotonics’, virkede det helt naturligt for mig at udvide min research af. ’plasmonic optical components’ til også at omfatte metamaterialer. Dette skridt skyldtes det frugtbare samarbejde med det internationalt førende team inden for optiske metamaterialer, ledet af Prof. Vlad Shalaev ved Purdue University, samt mit forskningsophold ved Purdue i sommeren 2006.

Lidt om mennesket bag forskeren

Jeg kom til Danmark fra Rusland i 2000 for at påbegynde mit ph.d.-projekt ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU) efter at have afsluttet min uddannelse ved det tekniske eliteuniversitet i Rusland – Moskvas Institut for Fysik og Teknologi. I 2001 mødte jeg min mand, som arbejdede på sin ErhvervsPhD på DTU (han er projektleder på high-tech virksomheden Crystal Fibre A/S nu). Alt, hvad jeg har opnået (disputats, succesfulde videnskabelige projekter, invitationer til mange konferencer samt denne pris), ville have været umuligt uden ham og hans støtte. Vi har en fem år gammel datter, som nu ved, at mor arbejder i ’det rene rum’ og meget ofte skal til konferencer, hvor hun ’drikker kaffe og taler ved siden af en stor skærm’. Jeg vedligeholder mine russiske aner ved kun at tale russisk med min datter (min mand er dansk) og deltage i russiske kulturarrangementer i København. Jeg var også medlem af udvalget/repræsentantskabet for det Russiske Selskab i København gennem et stykke tid. Min datter går i en normal dansk børnehave, men modtager undervisning hver søndag i russisk sprog og kunst ved det Russiske Kulturcenter. Jeg elsker at danse (klassisk, latinamerikansk, sportsdans) i min fritid. Min anden passion er litteratur. Jeg elsker at læse bøger og finder altid en god russisk verdensklassiker i oversættelse til min familie og venner her. Jeg skriver digte (på russisk) nogle gange. For nylig er et af mine digte blevet publiceret i det russiske litteraturtidsskrift ‘Novyi Bereg’, som udgives i København. Jeg er også interesseret i at opbygge mit stamtræ, samle gamle familiedokumenter og genstande fra tiden før og under Sovjet, samt at skrive essays baseret på familiehistorie.

——————————

Forskningsrådet for Teknologi og Produktions begrundelse for tildeling af prisen

Alexandra Boltasseva er 30 år og modtog i 2004 ph.d.-graden fra COM-centret på Danmarks Tekniske Universitet. Hendes bachelor- og masteruddannelse blev gennemført ved Moscow Institute of Physics and Technology med den højest opnåelige karakter. Hun har i en meget tidlig alder markeret sig med en selvstændig videnskabelig profil særligt i relation til helt nye optiske materialer og strukturer. At hun samtidig har stiftet familie og er blevet mor, gør det ekstra imponerende, at hun har gennemført både uddannelse og etableret selvstændig forskning i en usædvanlig tidlig alder. Alexandra Boltassevas forskning er koncentreret om vekselvirkning mellem elektromagnetisk stråling og materialer med helt særlige nanostrukturer. Hun har bidraget til forståelse og anvendelse af såkaldte long range surface plasmon polaritons bl.a. i forbindelse med fotoniske krystalstrukturer. Dette kan bidrage til grundlaget for helt nye integrerede fotoniske komponenter, der er langt mindre end eksisterende komponenter og med mulighed for nye funktionaliteter. Fra Forskningsrådet for Teknologi og Produktion har Alexandra Boltasseva modtaget støtte til et projekt om udvikling af helt nye linser baseret på såkaldte metamaterialer. Disse linser kan potentielt gøre det muligt at ’se’ strukturer i nanoskala med et optisk mikroskop. For udenforstående er det måske vanskeligt at se det revolutionerende i dette, men realiseringen af metamateriale-linser må siges at høre til en af de mest markante milepæle i optisk forskning. Ikke kun vil dette bryde med et af de mest veletablerede resultater i den klassiske fysik, nemlig den såkaldte diffraktionsgrænse, det vil også muliggøre billeddannelse af ekstremt små objekter uden brug af højenergetisk stråling, som det f.eks. er tilfældet ved elektronmikroskopi. Dette er helt afgørende i forbindelse med undersøgelse af biologiske objekter.

——————————

Yderligere oplysninger om projektet

Alexandra Boltasseva. 4525 6368 (arbejde), 2990 4810 (mobil); e-post:  

Yderligere oplysninger om baggrunden for prisen

Formand for Forskningsrådet for Teknik og Produktion, professor Marcel A.J. Somers. Telefon: 4525 2250, e-post:

Forskningsprojektets videnskabelige titel

On-Chip Nano-Imaging Using Superlens (NanoMIUS)

Bevilling fra Forskningsrådet for Teknik og Produktion

4.440.000 kr.

Ansættelsessted

COM-DTU, Institut for kommunikation, Optik og Materialer, Danmarks Tekniske Universitet

Forskningsprojektet udføres på

COM-DTU, Institut for kommunikation, Optik og Materialer, Danmarks Tekniske Universitet

I samarbejde med: MIC, Institut for Mikro- og Nanoteknologi, Danmarks Tekniske Universitet