Omvandla värme till energi med grafenband

By | January 28, 2024

Mickael Perrins banbrytande arbete inom kvantelektronik fokuserar på att generera elektricitet med minimala förluster och att förbättra energieffektiviteten inom elektronik, med hjälp av innovativa tillämpningar av grafen nanoband. Hans forskning, erkänd med prestigefyllda utmärkelser, syftar till att revolutionera den praktiska tillämpningen av kvantteknik. Kredit: SciTechDaily.com

Kvantfysikern Mickael Perrin använder Michael Perrin

Mickaël Perrin. Kredit: SNF

Erkännande av excellens

Förra året gav kvaliteten på Perrins forskning och dess potential för framtida ansökningar honom två utmärkelser: han fick inte bara ett av ERC Starting Grants så eftertraktade av unga forskare, utan också ett Eccellenza Professorial Grant från Swiss National Foundation for Science ( SNS)F. Han leder nu en forskargrupp på nio personer vid Empa och är biträdande professor i kvantelektronik vid ETH Zürich.

En resa genom fysiken

Perrin berättar att han aldrig ansåg sig ha en naturlig gåva för matematik. ”Det var främst nyfikenheten som drev mig mot fysik. “Jag ville bättre förstå hur världen omkring oss fungerar, och fysiken erbjuder utmärkta verktyg för att göra just det.” Efter att ha avslutat gymnasiet i Amsterdam började han studera tillämpad fysik vid Delft University of Technology (TU Delft) 2005. Från början var Perrin mer intresserad av konkreta tillämpningar än teori.

Det var när han studerade med Herre van der Zant, en pionjär inom kvantelektronikområdet, som Perrin först upplevde fascinationen av att designa små mikro- och nanoskala enheter. Han insåg snart de oändliga möjligheter som molekylär elektronik presenterade, eftersom kretsarna har helt olika egenskaper beroende på de valda molekylerna och materialen och kan användas som transistorer, dioder eller sensorer.

Utmaningen med ingenjörskonst i nanoskala

Medan han studerade för sin doktorsexamen tillbringade Perrin mycket tid i nanolaboratoriets renrum vid TU Delft, ständigt insvept i en vit helkroppsoverall för att förhindra elektroniska miniatyrkomponenter från att bli kontaminerade av hår eller dammpartiklar. Renrummet tillhandahöll den tekniska infrastrukturen för att bygga maskiner bara några nanometer stora (cirka 10 000 gånger mindre än diametern på ett människohår).

“Som en generell regel, ju mindre struktur du vill bygga, desto större och dyrare maskin kommer du att behöva för att bygga den”, förklarar Perrin. Litografimaskiner används till exempel för att mönstra komplexa minikretsar på mikrochips. “Nanotillverkning och experimentell fysik kräver mycket kreativitet och tålamod, eftersom något nästan alltid går fel”, säger Perrin. “Det är dock de märkliga och oväntade resultaten som ofta visar sig vara de mest spännande.”

Grafen: ett mirakelmaterial

Ett år efter att ha avslutat sin doktorsexamen fick Perrin en position på Empa, i labbet av Michel Calame, en expert på integrering av kvantmaterial i nanoenheter. Sedan dess har Perrin, av fransk och schweizisk nationalitet, bott i Dübendorf med sin sambo och två döttrar.

“Schweiz var ett bra val för mig av flera anledningar”, säger han. “Forskningsinfrastrukturen är oöverträffad.” Empa, ETH Zürich och IBM Research Center i Rüschlikon förser dig med allt du behöver för att producera nanostrukturer, samt mätinstrument för att testa dem.

“Dessutom är jag en utomhustyp. Jag älskar bergen och går ofta på vandring och åker skidor med min familj.” Perrin är också en ivrig klättrare. Han tillbringar ibland veckor med att klättra i avlägsna dalar, ofta i Frankrike, hans familjs hemland.

På Empa hade den här unga forskaren friheten att fortsätta experimentera med nanomaterial. Ett material fångade snart hans speciella uppmärksamhet: grafen nanoband, ett material som består av kolatomer som är lika tunt som de enskilda atomerna. Dessa nanoband är tillverkade med största precision av Roman Fasels grupp på Empa. Perrin kunde visa att dessa band har unika egenskaper och kan användas för en mängd kvantteknologier.

Samtidigt blev han mycket intresserad av omvandlingen av värme till elektrisk energi. Faktum är att 2018 visades det att kvanteffekter kan användas för att effektivt omvandla termisk energi till elektricitet.

Hittills har problemet varit att dessa önskvärda fysikaliska egenskaper endast uppträder vid mycket låga temperaturer, nära

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *