De combinatie van op licht gebaseerde en elektronische componenten in één computerchip kan veel voordelen hebben voor onze toekomstige computers. Chips die licht gebruiken, kunnen sneller worden en minder energie verbruiken. Het probleem met de huidige siliciumtechnologie is dat deze geen licht kan uitstralen. TU/e-hoogleraar Erik Bakkers heeft grote plannen om daar verandering in te brengen. Samen met collega’s van de TU München en de Universiteit Twente heeft het onderzoeksteam zojuist een ERC Synergy-beurs van veertien miljoen euro toegekend gekregen. Vijf miljoen euro wordt gebruikt voor baanbrekend onderzoek aan de TU/e, waarbij Bakkers ook het internationale project coördineert.
"Lichtgevende chips zijn de heilige graal van toekomstige computertechnologieën - de realisatie van deze chips zou een revolutie teweeg kunnen brengen in computertechnologieën."
Zo ziet Erik Bakkers - hoogleraar bij de faculteit Technische Natuurkunde en Wetenschapseducatie - de belofte van lichtgevende microchips.
SiGe heeft de sleutel in handen
Om dat beloofde land te bereiken, moet echter een fundamentele eigenschap veranderen van de materialen die worden gebruikt om onze microchips te maken."We moeten veranderen hoe atomen ten opzichte van elkaar zijn gerangschikt. In technische termen moeten we afstappen van de natuurlijke kubische structuur van veel materialen naar een structuur die gebaseerd is op de zeshoekige rangschikking van atomen. Als we dat voor elkaar krijgen, kunnen de materialen licht uitstralen."
Dit is het centrale doel van het project ’Bright Chips’, een samenwerking tussen Bakkers, professor Floris Zwanenburg van de Universiteit Twente en professor Jonathan Finley van de Technische Universiteit van München. Het project heeft zojuist aanzienlijke financiering ontvangen voor een bedrag van veertien miljoen euro als onderdeel van het ERC Synergy-subsidieprogramma.
Het materiaal waar het ’Bright Chips’-project voor kiest, is silicium-germanium (SiGe). Dat is een legering waarvan de afgelopen jaren is aangetoond dat ze de juiste eigenschappen heeft om licht uit te stralen.
Geen derde wiel aan de wagen
"We willen begrijpen hoe en waarom SiGe licht uitzendt, zowel vanuit een klassiek perspectief als vanuit de kwantumfysica", zegt Bakkers. "Ons project is een echt multidisciplinair project dat de werelden van materiaalkunde, fotonica en elektronica combineert. En elk lid van het projectteam ’Bright Chips’ zal zich richten op een van deze drie onderwerpen."
Aan de TU/e gaat het team van de Bakkers een nieuw materiaalsysteem fabriceren op basis van zeshoekig SiGe. Daarna zal het team van de TU München onder leiding van Jonathan Finley het nieuwe SiGe-materiaal karakteriseren. Met behulp van het materiaal zijn ze van plan om enkele fotonstralers en lasers te demonstreren.
Ten slotte zal de groep van Floris Zwanenburg aan de Universiteit Twente elektronische apparaten fabriceren die de SiGe-lichtgevende componenten bevatten de prestaties ervan doormeten.
"Een belangrijke mijlpaal of doel voor Bright Chips is het bestuderen van optisch verbonden SiGe-spin qubits. Deze kunnen snel worden veranderd, opgeschaald en hebben naar verwachting een lange levensduur vanwege de unieke eigenschappen van de materialen waarmee we gaan werken", zegt Bakkers. "We staan te popelen om met het project aan de slag te gaan!"
Aanmaken van bloedcellen
Het tweede project met betrokkenheid van de TU/e dat een ERC Synergy-beurs krijgt, is ’MakingBlood’. Cecilia Sahlgren , parttime hoogleraar aan de faculteit Biomedical Engineering en voornamelijk gevestigd aan de Åbo Akademi University in Finland, is een van de vier hoofdonderzoekers van het project."MakingBlood probeert menselijke bloedstamcellen (ook bekend als hematopoëtische stamcellen) te maken met behulp van menselijke pluripotente stamcellen", zegt Sahlgren.
"Op dit moment worden bloedstamcellen verzameld van donoren. Maar al te vaak kan er geen geschikte stamceldonor worden gevonden. We zullen de cellulaire, moleculaire en fysieke kenmerken onderzoeken die belangrijk zijn voor de aanmaak van bloedstamcellen. De lessen die we hieruit leren, zullen we gebruiken om bloedcellen in het laboratorium te maken met behulp van een speciale in-vitro-opstelling."
De TU/e pakt twee rollen op in het project. Eerst zullen onderzoekers een high-throughput-benadering ontwikkelen om de stroom te regelen met magnetische trilharen.
Deze worden gebruikt om de embryonale niches te bouwen die belangrijk zijn voor de vorming van bloedstamcellen in het menselijk embryo. Dit zal gebeuren in samenwerking met Ye Wang , die werkzaam is in de groep van Jaap den Toonder bij de faculteit Mechanical Engineering.
Ten tweede zullen onderzoekers in vitro-modellen maken van de embryonale niches waar bloedstamcellen in het embryo worden gevormd. Het ’MakingBlood’-project wordt gecoördineerd door het Hospital del Mar Research Institute in Barcelona, Spanje, door professor Anna Bigas.
De andere hoofdonderzoekers zijn Gerald de Haan, onderzoeksdirecteur van Sanquin, de Nederlandse Bloedbank, en dr. Cristina Pina, universitair hoofddocent Biomedische Wetenschappen aan de Brunel Universiteit.
Over de ERC Synergy Grant
Een groep van twee tot maximaal vier hoofdonderzoekers (PI’s) die samenwerken en verschillende vaardigheden en middelen inbrengen om ambitieuze onderzoeksproblemen aan te pakken. Eén wordt aangeduid als de bijbehorende PI (cPI).Er zijn geen specifieke criteria om in aanmerking te komen voor de academische opleiding van ERC Synergy Grants.
PI’s moeten een competitieve staat van dienst voorleggen die past bij hun carrièrefase.
Voorstellen worden beoordeeld op het enige criterium van wetenschappelijke excellentie , dat de extra betekenis krijgt van uitstekend intrinsiek synergetisch effect.