Manden der gør det umulige muligt

Af Sune Holst, suneholst@mci.sdu.dk, 23-01-2019

Professor Sergey I. Bozhevolnyi er leder af Center for Nano Optik under Mads Clausen Instituttet på SDU. Et par diskrete rynker rundt om øjnene afslører, at dåbsattesten muligvis taler sandt, når den siger, at han er født 1955, men umiddelbart fremstår han sportsfit og hverken som stereotypen på en professor eller en mand på 63 år. 

Kontrasten til alderen bliver større, når han taler om sin forskning, for de blå øjne funkler og slår straks gnister i det som kunne forveksles med ungdommelig iver, så snart emnet falder på nanooptik. Passionen stråler ud af ham.

Det er den ivrighed og glød, der ligger til grund for, at Sergey I. Bozhevolnyi har bygget et forskningsfelt op fra bunden. Det er den entusiasme, som har gjort, at han har sit navn på over 450 videnskabelige artikler. Vi lader dog de videnskabelige artikler ligge for en stund. I stedet hopper vi til et citat fra Sergey I. Bozhevolnyis yndlingsbog, Alice i Eventyrland: 

"Det kan ikke nytte noget", sagde hun. "Man kan ikke tro på noget, der er umuligt!" ”Så har du ikke øvet dig ret meget", sagde dronningen. "Da jeg var i din alder øvede jeg mig en halv time hver dag - undertiden tror jeg på seks umulige ting før frokost!"

Master of light

Sergey I. Bozhevolnyi har nemlig en evne til at se det mulige i det umulige. Indtil for ca. 20-25 år siden var det bredt accepteret, at man i et lysmikroskop ikke kan skelne strukturer, der er mindre end ca. halvdelen af bølgelængden på det lys, man bruger til at studere sin prøve med. Det blev formuleret i en fysisk lov af Ernst Abbe i 1873 og skyldes lysets brydning. 

I dag er det imidlertid muligt at se detaljer, der er et tusind gange mindre end lysets bølgelængde ved hjælp af nanoskopi. Ved at studerede de allermindste byggesten – molekyler og atomer – er det muligt at forstå, hvordan verden hænger sammen. Det umulige er blevet muligt. Sergey I. Bozhevolnyis forskning har været medvirkende til dette. 

Supereffektive, fremtidige solceller

Nano Optik-enheden på SDU har med Sergey I. Bozhevolnyi i spidsen udnyttet den nye teknik til fulde. Forskerholdet arbejder blandt andet på, at bruge metaller til at omdanne lys til elektricitet med ekstremt lille spild.

Den nye teknik åbner muligheden for en helt ny måde at producere solceller på. Forskerholdet har fundet en ny tilgang til at omdanne et skinnende metal som guld til noget helt sort ved at nano-strukturere overfladen på en speciel måde.

Når metallets overflade er blevet sort, betyder det, at størstedelen af det lys, der rammer overfladen, bliver absorberet af metallet, dvs. lyset bliver omdannet til varme på den mørke overflade. Den varme kan bruges til at skabe nyt lys, som kan konverteres til elektricitet med utrolig stort effektivitet.

Kvantecomputer ikke længere urealistisk

Sergey I. Bozhevolnyi har også opnået et gennembrud i at kunne styre lys i kredsløb på nanoskala. Det kan blive grundstenen til fremtidens kvantecomputere. I samarbejde med Stanford i USA har SDU Nano Optik udviklet en teknologi, hvor lyset bliver transporteret i en luftspalte skåret gennem metal via såkaldte overfladeplasmoner. En luftspalte på blot 25 nanometer. 

- Når information fra internettet ender på computeren, så går den fra at blive ledet af hurtigt lys til at blive bearbejdet af langsomme elektriske kredsløb. Der opstår en flaskehalseffekt, som vi er i gang med at eliminere, siger professor Sergey I. Bozhevolnyi.

Farve uden maling

Hans forskning har også været medvirkende til, at man i dag kan farve ved hjælp af nanostrukturer frem for at bruge farvestoffer. I stedet for maling ændrer man overfladens topologiske struktur og får den på den måde til at skifte farve. Vi kender teknikken fra naturen, hvor smukke sommerfuglevinger og påfuglehaler benytter sig af et lignende koncept.

- Vi kender det også fra gamle, farvede vinduer i kirker. Og netop disse vinduer viser, at teknikken har en utrolig holdbarhed i forhold til almindelig maling. Farven blegner ikke, hvis den står i solen, men holder sig i tusindvis af år, forklarer Sergey I. Bozhevolnyi.

Og da vi er nede i en opløsning på over 100.000 punkter pr. tomme, så åbner teknikken op for et utal af anvendelsesmuligheder. Man kan nemlig lagre informationer inden for et areal der er meget mindre, end det menneskelige øje kan se. Tag for eksempel et tilfældigt punktum i denne tekst. 

- Et sådant punktum kan med denne teknik indeholde et farvet SDU logo eller en af Picassos skitser pga. den høje opløsning. 

Usynlighedskappe teoretisk muligt

For en stund vender vi tilbage til Alice i Eventyrland. Her oplever hovedpersonen Alice nemlig alle mulige og umulige ting: At vokse og krympe alt efter hvad hun indtager, at svømme i sine egne tårer, en baby, der forvandles til en gris, en kat, der kan blive usynlig. Netop det med at blive usynlig er ikke usandsynligt, som det engang var. Sergey I. Bozhevolnyi fortæller, at det er muligt at lave en usynlighedskappe. 

- I teorien, ja. I praksis er det dog endnu ikke muligt. Det er baseret på det, som hedder metamaterialer. Det har dog vist sig svært, at lave de nødvendige metalliske nanostrukturer i 3D.

Men når det kommer til metamaterialer i 2D, så har Sergey I. Bozhevolnyi været én af de absolutte foregangsmænd. Og det har vidtrækkende perspektiver, hvis man tænker på f.eks. optiske linser som vi kender fra et kamera. Det er nemlig muligt at gøre disse metaoverflader næsten uendeligt tynde, mens man bibeholder den samme funktionalitet. Så hvis du synes din mobiltelefon er tynd i dag, så vent til du ser fremtidens mobil med en kameralinse i nano-tykkelse. 

På den anerkendte Clarivate list of highly-cited researchers for andet år i træk

Som det fremgår af ovenstående, er det svært at slå ned på et enkelt forskningsgennembrud, når det kommer til Sergey I. Bozhevolnyi. Rækken af fænomener og koncepter, der kan tilskrives hans forskning er så lang, at det kun er muligt at lave enkelte nedslag, som dog langt fra yder hans forskning den anerkendelse, som den har fortjent. 

Men for at sætte det i perspektiv, kan det nævnes, at der kun var udgivet en håndfuld artikler om Nano Optik, da Sergey I. Bozhevolnyi kastede sig ind i forskningsfeltet i slutningen af 1990’erne. I dag udgives der over 5.000 om året, og en stor del af disse leder tilbage til Sergey I. Bozhevolnyi, hvorfor han nu for andet år i træk er at finde på 2018 Clarivate list of highly-cited researchers, som den eneste fysiker fra Skandinavien. Man kan med rette kalde Sergey I. Bozhevolnyi for en sand pioner. 

Gennem den bedste sovjetiske skole

Men hvordan ender man med at blive en verdensførende forsker inden for interaktion mellem lys og nanostrukturer, som fordelt over 40 år har leveret banebrydende forskning, der har transformeret et helt forskningsfelt? 

For Sergey Bozhevolnyis vedkommende lå det i kortene. Hans far underviste i fysik og hans mor i matematik. Der var aldrig tvivl om, at han selv skulle følge i enten sin mor eller fars fodspor. 

- Jeg har altid bestræbt mig på at forstå, hvordan verden omkring mig fungerer, så jeg valgte fysikken, hvor der er mulighed for at eksperimentere.
Den unge Sergey Bozhevolnyi elskede friluftsliv og at være aktiv, så han overvejede at studere i nærheden af Kaukasus, hvor han yndede at vandre, men i sidste ende faldt valget på Moscow Institute of Physics and Technology - et eliteuniversitet i det daværende Sovjetunionen. 

- Det var hårdt, og jeg oplevede for første gang ikke at være den bedste. Det første år var rigtig tungt, men Moscow Institute of Physics and Technology er bygget op omkring implementering af forskning i undervisningen, så allerede efter et par semestre stod vi i laboratorierne, fortæller Sergey Bozhevolnyi.

Og i laboratorierne, ledet af laser-opfinder og Nobelpris-modtager Alexander Prokhorov, befandt den praktisk anlagte Sergey Bozhevolnyi sig godt. Allerede inden afsluttet uddannelse havde Sergey Bozhevolnyi fået udgivet sine første videnskabelige artikler.

Han fik mulighed for – som én af de utroligt få i det daværende Sovjetunionen – at komme på udveksling i Vesten, hvilket førte ham til Aalborg Universitet, hvor han arbejdede sammen med den visionære professor Ole Keller. Det var under Ole Kellers vinger, at Sergey Bozhevolnyi sporede sig ind på Nano Optik, da han så et væld af muligheder inden for forskningsfeltet.

- Jeg havde masser af ideer, men som ung var jeg bange – nærmest angst – for at vågne op en morgen uden forskningsideer, men med alderen er jeg blevet rolig. Du kan kalde det erfaring. I hvert fald er jeg sikker på, at jeg ikke løber tør for ideer, griner Sergey Bozhevolnyi. 

Når man ikke kan se horisonten

I dag er det ham, som vejleder ph.d.-studerende og postdocs ved SDU, mens han i fritiden har kastet sig over langdistancesvømning på åbent hav. Sergey Bozhevolnyi har blandt andet flere gange svømmet rundt om Christiansborg og krydset Vejle Fjord. 

- Der er noget spændende ved, at du ikke kan se målet i horisonten, når du ligger i vandet og skal krydse en fjord eller et stort stræde. 

Men netop det med at have øje for målet, når ingen andre kan se det, er én af Sergey Bozhevolnyis største styrker. Det fortæller Jonas Beermann, som i dag er lektor og kollega til Sergey I. Bozhevolnyi på SDU NanoOptics. Han har fået vejledning af Sergey I. Bozhevolnyi, da han først var ph.d.-studerende og siden som postdoc. 

- Han er en fremragende vejleder, som formår at holde en til ilden. Han sørgede for, at jeg uge efter uge leverede fremskridt. Nogle gange blot ved at løse små problemer. Han er god til at sortere og ved, hvad man skal satse på. Det betyder også, at vi som er så heldige at arbejde sammen med ham også får resultater, siger Jonas Beermann. 

Sergey I. Bozhevolnyi har udover at være ophavsmand til forskningsfeltet nanooptik også bidraget til dansk forskning ved at have vejledt mere end 20 postdocs og 20 ph.d.-studerende. I 2011 blev han valgt ind i Danmarks Naturvidenskabelige Akademi. Med en så omfangsrig og produktiv akademisk karriere, er det på sin plads at slutte af med endnu et af Sergey I. Bozhevolnyis yndlingscitater fra Alice i Eventyrland:

"I vores land," sagde Alice, "kommer du generelt et nyt sted hen, hvis du løber rigtig hurtigt i rigtig lang tid som vi har gjort.” – ”Sikke et langsomt land,” sagde dronningen.  ”Her skal du løbe så hurtigt, du overhovedet kan, for at blive hvor du er. Hvis du vil nogen steder hen, skal du løbe mindst dobbelt så hurtigt.”

Sergey I. Bozhevolnyi er udnævnt til OSA (Optical Society of America) Fellow i 2007 og modtog i 2009 Fyens Stiftstidendes Forskerpris. Sergey har været ansat ved Syddansk Universitet siden 2008.