Menu
Ny Viden

Kemi i bevægelse

Jan O. Jeppesen bygger molekyler, der kan fungere som små maskiner. – Kun fantasien sætter grænser for, hvad de kan bruges til, siger SDU-professoren.

Af Bente Dalgaard, bda@sdu.dk

Måske bliver det kemikerne, der kommer med løsningen til, hvordan fremtidens computer kan blive både stærkere og mindre.

De er i dag i stand til at bygge molekyler, der kan fungere som meget små maskiner, og efterhånden som det lykkes at sætte molekyler sammen, så en eller flere dele kan bevæge sig, åbner der sig nye dimensioner for maskiner, der er en million gange mindre end de mindste af de maskiner, vi benytter i dag.

En af dem, der arbejder med molekylære maskiner, er kemiprofessor Jan O. Jeppesen fra SDU.

Molekyle med hjemmefra

Da han for knap 20 år siden var ph.d.-studerende, drog han til USA med et halvfærdigt molekyle i bagagen. Målet var University of Californien, hvor han fik en af foregangsmændene inden for området, James Fraser Stoddart som medvejleder på sit ph.d.-projekt.

Siden er det blevet til flere forskningsophold hos Stoddart, som i 2016 var en af tre kemikere, der modtog Nobelprisen i kemi for deres pionerarbejde med design og syntese af molekylære maskiner.

- Det molekyle – eller den byggeklods, jeg havde med hjemmefra, hedder en tetratiafulvalen. Den har nogle ret fantastiske egenskaber og er god at bygge videre på, så den har været en rød tråd i meget af min forskning, fortæller SDU-professoren fra Institut for Fysik, Kemi og Farmaci.

Molekyle fungerer som kontakt

Stoddart inspirerede Jan O. Jeppsen til at arbejde med molekylære maskiner, og kemikerne viste dengang, at de kunne lave molekylære hukommelser og lagre informationer med en ny type molekyler, der kaldes rotaxaner.


Rotaxaner er et molekyle, der har form som en håndvægt, og en ring, der er låst fast mellem håndvægtens ender. Ringen kan bevæge sig langs stangen, som forsynes med to stationer. Når der sendes svag strøm gennem rotaxanen, bevæger ringen sig fra den ene station til den anden. Hvis den ene station defineres som tænd og den anden som sluk, kan molekylet fungere som en kontakt. 

- Når vi sendte en svag strøm igennem molekylerne, kunne vi lave en molekylær kontakt, som kan tænde og slukke. Da en computer egentlig bare består af en masse små kontakter, samarbejdede vi også med computervirksomheden Hewlett Packard, siger Jan O. Jeppesen.

Potentialet var der, men der er langt fra at bevise principperne i et laboratorium til at udvikle et kommercielt produkt. Forskerne nåede op på at lave 256.000 bit – hvilket svarer til 32.000 bytes, så der er stadig meget langt op til de terabytes, som computerne rummer i dag.

- Men man kan sige, at vi fik igangsat det, vi kalder molekylær elektronik, Jan O. Jeppesen.

- Molekylære maskiner er i dag der, hvor elektromotorer var for over 100 år siden, og dengang forestillede kun de færreste sig, at man vil kunne flyve over Atlanten. Og som videnskabsmand er man klar over, at man måske først om 100 år kan se det fulde potentiale af det, vi laver i laboratoriet i dag, siger han.

Der skal findes en afløser

Men det er uomtvisteligt, at der er behov for at finde alternativer til den nuværende computerteknologi. 

På et eller andet tidspunkt rammer udviklingen en mur, hvor de siliciumtransistorer, som bruges i dagens computere, ikke kan gøres mindre. Derfor har de store computerfirmaer som Hewlett Packard, IBM m.fl. store forskningsafdelinger, som arbejder i flere retninger.

-Det er for tidligt at sige, hvad der bliver afløseren. Som kemikere er vi jo vant til at gribe fat i det allermindste, og derfor kan vi lave så små molekylære maskiner, at kun fantasien sætter grænser for, hvad de kan bruges til. Men kvantecomputere er også en mulighed, og kvanteforskerne arbejder jo med noget, der er endnu mindre end molekyler, siger Jan O. Jeppesen.

Molekyler på arbejde

De erfaringer, som kemikerne har fået med molekylære maskiner, kan bruges på meget andet end at udvikle computere. Jan O. Jeppesen og hans forskningsgruppe på SDU arbejder i flere retninger og samarbejder med andre forskergrupper i og uden for Danmark.

-Vi startede med simple rotaxaner, altså en hukommelsesenhed. Nu er vi gået skridtet videre til at udvikle molekylære motorer, der kan udføre et reelt stykke arbejde, og det er en stor udfordring, siger Jan O. Jeppesen.

- Vi arbejder stadig med molekylære maskiner, men egentlig træder vi et skridt tilbage og prøver at gøre tingene mere simple. Vi prøver at bruge mange af de ting, vi har lært med de molekylære maskiner, til at lave noget mere simpelt, f.eks. sensorer, molekylære ledninger, hvor molekyler bruges som små ledninger eller molekylære muskler, som kan trække sig sammen og bruges som ventiler. På den måde kan vi lave systemer, der kan bruges som komponenter i mange sammenhænge siger, han.

Mød forskeren

Jan Oskar Jeppsen er professor på Institut for Fysik, Kemi og Farmaci, hvor han arbejder med supramolekylær kemi. I 2001 forsvarede han sin ph.d. afhandling og en af hans vejledere var den senere Nobelprismodtager James Fraser Stoddart, som han stadig arbejder sammen med.

Kontakt

Vi samler statistik ved hjælp af cookies for at forbedre brugeroplevelsen. Læs mere om cookies

Acceptér cookies