17 november 2015 door Webredactie Communication

Zeven onderzoekers van de TU Delft hebben een ERC Starting Grant gekregen van de Europese Onderzoeksraad. De beurzen (1,5 miljoen euro voor programma's van vijf jaar) zijn bedoeld om veelbelovende onderzoeksleiders te ondersteunen en het opzetten van excellente nieuwe onderzoeksteams mogelijk te maken.

Nog niet eerder is zo'n hoog percentage van de aanvragen voor ERC Starting Grants bij de TU Delft gehonoreerd. Karel Luyben, rector magnificus en plaatsvervangend voorzitter van het College van Bestuur: "De concurrentiestrijd voor de prestigieuze ERC Grants is hevig en deze beurzen zijn een enorme stimulans voor een onderzoekscarriere. Daarom ben ik heel blij dat er dit jaar maar liefst zeven ERC Starting Grants zijn toegekend aan kandidaten van de TU Delft. Ik wil ze hierbij van harte feliciteren.

Ook doet het me deugd dat we zo efficient zijn geworden in het aanvraagproces. Het succespercentage van de aanvragers is dit jaar tot 40% gestegen. Hieruit blijkt dat onze onderzoekers verstandig omgaan met de tijd die ze besteden aan financieringsvoorstellen en dat ze die taak serieus opvatten."

Aan de volgende ERC-voorstellen is een beurs toegekend:

3D-printen en origami (Amir A. Zadpoor)

Volledige regeneratie van functioneel weefsel is de heilige graal van de weefselkweek en zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de behandeling van vele ziekten. Voor effectieve weefselregeneratie zijn vaak multifunctionele biomaterialen nodig. In het ideale geval worden deze poreuze biomaterialen niet alleen geoptimaliseerd in termen van hun 3D-structuur, maar ook wat betreft de nanotopografie van hun oppervlak.

Met 3D-printen kunnen we heel complexe 3D-structuren maken, maar op het oppervlak kan tijdens het 3D-printproces maar heel beperkt invloed worden uitgeoefend. Met technieken uit de nanolithografie kunnen er wel heel complexe nanotopografieen worden gegenereerd, maar in het algemeen alleen op platte oppervlakken. Er bestaat nog geen manier om willekeurig complexe 3D-structuren te combineren met willekeurig complexe nanotopografieen van het oppervlak.

In dit project wordt deze impasse doorbroken met behulp van origami, de klassieke Japanse papiervouwkunst. Eerst worden platte oppervlakken op een speciale manier in 3D geprint: ze leren hoe ze zichzelf kunnen vouwen. Vervolgens wordt het platte oppervlak opgetuigd met complexe nanotopografieen. Ten slotte wordt het zelfvouwende mechanisme geactiveerd, zodat het platte vlak kan worden gevouwen en er complexe 3D-structuren ontstaan.

Stedelijke modellering in hogere dimensies (Jantien Stoter)

Met behulp van driedimensionale stedelijke modellen kunnen processen in moderne stedelijke gebieden worden bewaakt en gecontroleerd. Denk bijvoorbeeld aan overstromingen, lawaai, en vraag en aanbod van energie. De belangrijkste uitdaging is dat de toepassingen waarmee deze processen worden bewaakt en gecontroleerd, allemaal een verschillend detailniveau van 3D-data vereisen. Het kost daarom nog enorm veel moeite om 3D-data te verzamelen en te transformeren zodat ze geschikt worden voor een specifieke toepassing.

Jantien Stoter gaat nu een 4D-model ontwerpen en ontwikkelen waarmee diverse toepassingsspecifieke detailniveaus van stedelijke objecten, zoals gebouwen en wegen, in een model worden ondergebracht. Het resultaat wordt een grote 4D-dataset die door meerdere toepassingen kan worden gebruikt, zodat 3D-data aanzienlijk efficienter kunnen worden gebruikt. Hiermee wordt een fundamentele oplossing geboden voor het complexe en tijdrovende proces van het apart verzamelen en opslaan van gegevens met verschillende detailniveaus voor driedimensionale stedelijke modellen.

Meer informatie over Jantien Stoter en de onderzoeksgroep 3D Geoinformationhttp://3d.bk.tudelft.nl

Quantumcommunicatienetwerken (Stephanie Wehner)

Quantumnetwerken staan nog in de kinderschoenen, al biedt quantumcommunicatie ongekende voordelen boven klassieke communicatie. Met name quantumcryptografie springt eruit: dit concept biedt een beveiliging die wordt gegarandeerd door de wetten van de fysica - in elk geval op papier.

In dit project zal Stephanie Wehner een theoretisch kader ontwikkelen met behulp waarvan quantumcryptografische beveiliging de stap kan maken van een papieren concept naar een toepassing voor echte quantumapparaten. Hiervoor zal ze nieuwe cryptografische bouwstenen onderzoeken die direct geinspireerd zijn op eenvoudige, beperkte quantumapparaten, en die hieraan ook worden aangepast. Dergelijke bouwstenen kunnen worden samengevoegd tot complexe quantumcryptografische protocollen in een quantumnetwerk.

Ook zal ze nieuwe procedures ontwikkelen om onbekende quantumapparaten te testen, zodat deze veilig kunnen worden gebruikt in quantumprotocollen. In dit onderzoek wordt het fundament gelegd voor een veilige experimentele implementatie van algemene quantumcryptografische protocollen in een quantumnetwerk.

Meer informatie over Stephanie Wehner

STRONG-Q (Simon Groeblacher)

Quantumfysica is een van de succesvolste theorieen van de moderne natuurwetenschap, maar het blijft raadselachtig waarom we geen quantumeffecten waarnemen in ons (macroscopische) leven van alledag. Toch wordt nergens in de quantumtheorie een bovengrens gesteld aan de omvang en massa van een quantumsysteem.

Het vakgebied van de optomechanica is in het leven geroepen met het expliciete doel om grote, macroscopische quantumtoestanden te testen. Mechanische oscillatoren worden aan licht gekoppeld en met behulp van stralingsdruk in een quantumtoestand gebracht. De meeste experimenten worden echter nog beperkt door de optische of de mechanische kwaliteit van het mechanische systeem. Daardoor is een echte doorbraak tot nu toe uitgebleven.

Simon Groeblacher wil deze problemen overwinnen door optomechanische systemen van een nieuwe generatie te bouwen met behulp van tweedimensionale fotonische kristallen op membranen van siliciumnitride. Hiermee zou eindelijk het eenfotonregime met sterke koppeling (single-photon strong coupling regime) kunnen worden bereikt. En dit regime biedt mogelijkheden voor echte quantumexperimenten met macroscopische mechanische objecten.

Meer informatie over Simon Groeblacher en het Groeblacher Lab - Quantum optomechanics with photonic crystals

MultiCellSysBio (Hyun Youk)

Een belangrijke vraag in de biologie is hoe cellen op verschillende locaties communiceren met signaalmoleculen zodat cellen op de juiste tijd en de juiste plaats de juiste genen inschakelen. Deze cooerdinatie is in veel processen cruciaal, ook in de ontwikkeling van embryo's.

De onderzoekers zullen knopvormende gisten assembleren tot meercellige structuren, en genetische circuits bouwen met een gedrag zoals het ook in natuurlijke systemen algemeen voorkomt. De gisten zullen de genetische circuits gebruiken voor het beheer van de afscheiding en waarneming van drie verschillende signaalmoleculen voor communicatie. Met behulp van adhesieve eiwitten en genen die door licht kunnen worden geinduceerd, zullen de onderzoekers meerdere giststammen assembleren - elk met een uniek genetisch circuit - tot een enkele twee- en driedimensionale meercellige structuur.

Vervolgens zullen ze de circuits in deze cellen inschakelen om de communicatie tussen cellen op gang te brengen. Met verschillende hoeveelheden signaalmoleculen zullen de cellen verschillende hoeveelheden fluorescente eiwitten maken. De onderzoekers zullen de fluorescentie van cellen op verschillende locaties in de loop van de tijd meten en de waarden met elkaar correleren, en op basis daarvan zullen ze de mate van cel-celcooerdinatie afleiden. Hyun Youk zal onderzoeken welke combinaties van genetische circuits en ruimtelijke rangschikkingen van cellen leiden tot cel-celcooerdinatie van genexpressies. Zo wil hij de ontwerpprincipes van meercellige systemen aan het licht brengen die tot op heden nog duister zijn.

Meer informatie over Hyun Youk en het Youk Lab - Physics of Cellular Systems

AlterMateria (Andrea Caviglia)

Sinds kort is het mogelijk om `designer'-quantummaterialen te maken, die laag voor laag worden gesynthetiseerd. Deze kunstmatige materialen zijn interessante bouwstenen voor een nieuwe generatie technologieen, mits de quantumfasen in praktische omstandigheden kunnen worden benaderd, bestudeerd en uiteindelijk beheerst. Tegelijkertijd is er een onafhankelijk onderzoeksgebied aan het ontstaan waarin met behulp van ultrakorte lichtuitbarstingen veranderingen in de macroscopische elektronische eigenschappen van vaste stoffen worden opgewekt, bij ongekende snelheden.

Het doel is om de kloof te overbruggen tussen materiaalontwerp en ultrasnelle controle van vaste stoffen. In dit project zal Andrea Caviglia korte lichtuitbarstingen gebruiken om de elektronische eigenschappen bij zeer snelle tijdschalen te manipuleren. Hij zal innovatieve technieken toepassen om intense lichtpulsen te genereren, zodat hij metaal-isolatorovergangen en magnetische overgangen in kunstmatige materialen kan onderzoeken.

Dit programma betekent een nieuwe richting voor onderzoek naar oxide-elektronica en presenteert een nieuwe methodologie voor de beheersing van quantumfasen bij hoge temperatuur en hoge snelheid.

Meer informatie over Andrea Caviglia en het Caviglia Lab - Designer Quantum Materials

Dotering op aanvraag (Arjan J. Houtepen)

Quantumdots (QD's) zijn halfgeleidende nanokristallen met aanpasbare elektronische eigenschappen. Ze worden als veelbelovende materialen beschouwd voor een breed scala aan toepassingen. Elektronische dotering van QD's blijft zelfs na twintig jaar onderzoek op dit gebied een grote uitdaging. Maar het is heel gunstig als QD's op een gecontroleerde manier kunnen worden gedoteerd voor toepassingen als leds, veldeffecttransistoren (FET's) en zonnecellen.

Arjan Houtepen zal een geheel nieuwe methode ontwikkelen om constructies van halfgeleidende nanokristallen - en poreuze halfgeleiders in het algemeen - elektronisch te doteren. Externe doteerstoffen, in de vorm van elektrolytionen, worden op aanvraag toegevoegd in de ruimten tussen de QD's. Deze ionen worden met een elektrochemische ladingsinjectie ingebracht en vervolgens geimmobiliseerd door het oplosmiddel van de elektrolyt te bevriezen op kamertemperatuur of door de ionen chemisch te koppelen aan liganden op het oppervlak van de QD, of door een combinatie van beide technieken.

Dit onderzoeksproject zal zorgen voor een ongekende controle over het doteringsniveau in QD-films; het betekent een grote stap voorwaarts voor de optimalisatie van opto-elektronische apparaten op basis van QD's.