Fysik möter magi när Nicolò Maccaferri tämjer ljuset

Med det mörka håret lite på ända och en pigg blick bakom runda glasögonbågar ­– inte helt olik Harry Potter ­– tar Nicolò Maccaferri emot mig med stor entusiasm i ett rum på Institutionen för fysik. Det senaste året har varit mycket intensivt. Två stora anslag, en växande familj och massor av resor. Han erkänner att det var svårt att komma ner i varv under julledigheten, till sin frus förtret. Men nu är han väldigt peppad på det nya året.

– Arbetsbördan skrämmer mig inte. Jag gillar verkligen idéerna bakom våra projekt och är redo att genomföra dem, säger han.

Tänjer på gränserna

2023 utsågs Nicolò Maccaferri både mottagare av Wallenberg Academy Fellowship och mottagare av ERC Starting Grant – två av de mest prestigefyllda utmärkelserna för grundforskning. Det betyder åtskilliga miljoner i forskningsanslag och en möjlighet att ta sin forskning inom fotonik, läran om ljus, till nästa nivå.  

Det är lätt att tänka ”magi” när Nicolò Maccaferri berättar om sina projekt, som handlar om att tänja på gränserna för vad som är möjligt i interaktionen mellan ljus och materia. Går det att skapa material som är osynliga? Som förvandlar ljus till energi? Som kan lagra oändliga mängder data?

När Nicolò Maccaferri var barn och bodde i en liten by i Italien drömde han inte om att bli naturvetare. Han ville studera humaniora, gärna filosofi. De stora filosofernas tankar om hur världen fungerar fascinerade honom.

Pratar olika språk

­– Jag tänkte på vetenskapsmän som hjärtlösa personer i ett labb som leker med trolldrycker utan någon koppling till samhället, åtminstone inte direkt. Sedan insåg jag att fysiker, och vetenskapsmän i stort, kanske är som filosofer, bara att de använder ett annat språk?

Trots att han inte var särskilt duktig på fysik i skolan bestämde sig Nicolò Maccaferri för att satsa på ämnet, sporrad av sin lärare som tyckte att hade den rätta inställningen och analytiska förmågan. Han bestämde sig för att flytta utomlands och tvingades lära sig engelska. Han klättrade i karriären, mötte sin nuvarande fru i Spanien och – spola fram ytterligare några år – bosatte sig i Umeå.

Här har jag fullt stöd och ingen press. Det är verkligen rätt plats för mig.

Valet av ort beror delvis på att hon älskar kylan och snön. Men också på att Nicolò Maccaferri alltid gillat utmaningar och fick en väldigt bra magkänsla när han besökte Umeå universitet första gången.

­– Umeå var det extrema valet och jag hade andra erbjudanden. Men jag kände att här kunde jag utveckla min fulla potential. Här har jag fullt stöd och ingen press. Det är verkligen rätt plats för mig, säger han.

Upp till bevis

Nu har Nicolò Maccaferri sitt eget labb, resurser att bygga upp sin forskning och har bevisat både för sig själv och andra att hans forskning har stor potential – vilket varit hans dröm. Nu är det upp till bevis.

Nicolò Maccaferris forskning går i stora drag ut på att med hjälp av extremt korta ljuspulser få saker att hända i material, i form av fysikaliska och kemiska processer, på ett sätt som inte tidigare varit möjligt. Projektet som finansieras av Europeiska forskningsrådet, ERC, går ut på att kunna göra icke-magnetiska material magnetiska och att använda materialens magnetiska egenskaper på ett nytt sätt för att lagra information. I Wallenbergprojektet däremot är hans dröm att skapa grunden för utveckling av datorer som inte behöver elektricitet utan istället drivs av ljus. Målet är att utveckla komponenter som skulle kunna bygga framtidens ljusdrivna datorer. Dessa har potential att vara mycket snabbare och mer energieffektiva än dagens datorer.

En miljon gånger äldre än universum

Nyckeln här är användningen av ultrasnabba ljuspulserna, som mäts i femtosekunder (10 upphöjt till minus 15 sekunder) och öppnar upp en ny dimension. Nicolò Maccaferri försöker förklara:

– För en elektron inuti våra datorer är vi en miljon gånger äldre än vad universum är för oss. Så kort är en femtosekund i jämförelse med en sekund i våra liv. Om vi kan manipulera materia på den tidsskalan kan vi också förändra hur vi till exempel lagrar och bearbetar data i våra datorer. Vi kan använda oss av artificiell intelligens och kvantteknologi för att utforska tiden som en ny dimension. Detta kommer att öppna för nya perspektiv på hur maskiner uppfattar tid och kanske skapa nya teknologiska broar mellan vår fysiska hjärna och det vi kallar medvetande.

Återigen låter det mer som science fiction än ett projekt i ett labb i källaren på Umeå universitet. Men Nicolò Maccaferri menar att gränsen mellan vetenskap, filosofi och magi inte alltid är så skarp som man kan tro.

– Om man tänker efter så är mycket av det som tidigare ansågs vara magi nu vetenskapligt bevisat.

Vill använda växter i datorer

Nicolò Maccaferri tror på att sudda ut gränser. Han jobbar redan ihop med en rad andra forskare och forskargrupper och uppskattar de goda möjligheterna till tvärvetenskapliga projekt som finns på Umeå universitet. En idé han har är att samarbeta med växtforskare för att se hur man skulle kunna använda växter, i stället för metaller och halvledare, som material i datorer. Något som skulle göra dem betydligt mer miljövänliga.

– Min expertis ligger i att fånga ljus och göra vad jag vill med det. Den expertisen kan sedan användas inom olika områden, till exempel medicin eller växtforskning, på samma sätt som vi kan lära oss av andra. Om jag till exempel förstår hur växter interagerar med ljus kanske vi också kan tillverka material som beter sig som växter. Då kan vi skapa byggnader av material som omvandlar ljus till energi och kolbaserade molekyler till syre. Tänk dig att göra detta på Mars. Man kan bygga städer och kolonisera nya platser i galaxen med den här teknologin… Men det är ett senare projekt, säger Nicolò Maccaferri.