Mads Brandbyge

Lektor, ph.d., cand. scient.

Født 1969 i Køge, student fra Køge Gymnasium og bopæl i Gladsaxe

Mads Brandbyge

Fagområde:

Fysik, nanoteknologi

Institution:

Danmarks Tekniske Universitet Institut for Mikro- og Nanoteknologi & Center for Nanostructured Graphene Ørsteds Plads, bygning 345Ø 2800 Kgs. Lyngby

Kontaktoplysninger:

Mads Brandbyge. Telefon: 4525 6328, mobil: 2991 2360, e-mail: mads.brandbyge@nanotech.dtu.dk

Kan du give en kort beskrivelse af dit forskningsområde?

Mit primære forskningsområde er centreret omkring de elektriske egenskaber af strukturer på nanometer skala – nanoelektronik. Den fantastiske udvikling af elektronik, vi alle kender fra hverdagen, har alt sammen at gøre med at kontrollere elektrisk strøm på et område, som til stadighed er blevet formindsket igennem de sidste 50 år. Man måler i dag størrelsen af de basale komponenter - transitorerne - i nanometer. Men hvilke lovmæssigheder og materiale egenskaber gør sig gældende for elektronik, når vi laver komponenter på nano-meter skala, og sågar går til den ekstreme atomare skala? Kan vi benytte os af ”nye” effekter med rod i kvantemekanikken til elektriske operationer? Computersimulering spiller en voksende rolle for forståelsen og design af nanoelektronik. Et centralt emne i mit arbejde er at udvikle og anvende computermetoder, der tager udgangspunkt i de mindste dele – nemlig atomerne – og ved hjælp af grundlæggende kvantemekanik udregne, hvordan de elektriske egenskaber for en given ”nanostruktur” bestående af mange atomer, er. Noget af denne forskning skabte grundlaget for verdens første - danske - kommercielle virksomhed (”www.quantumwise.com”), som udvikler og sælger software og viden til computerdesign af morgendagens nanoelektronik.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver?

Udfordringerne og perspektiverne i nanoelektronik er mange, og forskningen går i mange retninger. Man bruger computersimulationen til at udforske nye materialer, nye strukturer og nye effekter. Kan vi bruge materialer med anderledes egenskaber og muligheder end Silicium, der er arbejdshesten i nanoelektronik i dag? For eksempel er der stor interesse i at bygge nanoelektronik baseret på atomart lagdelte materialer ned til 1-atom tykke lag så som ”grafen” – et 1-atom-tykt lag af kul. Det har vist sig i princippet at have formidable egenskaber til nano-elektronik f.eks. i form af rekordhøje elektriske og varmeledningsevner og høj stabilitet. Grafen spås især at kunne revolutionere fremtidens nanoelektronik, så den f.eks. bliver hurtigere, mindre, sparer energi og kan anvendes på nye måder. Vejen til de mange anvendelser kræver dog, at man effektivt kan styre elektriske strømme i materialet, ligesom man kan med transistorer baseret på silicium. En anden vigtig, og delvist relateret, retning er udforskningen af de elektriske egenskaber af små organiske molekyler. Her er én af visionerne at kunne bygge elektronik, som kemisk kan samle sig selv. Teori og simulation bliver anvendt til at forudsige komponenters opførsel i parløb med de nye eksperimenter, som hele tiden kommer til. Udfordringen for computersimulation er her især at balancere inklusionen af alle relevante effekter, så som vekselvirkninger imellem strøm og atomare gitter-svingninger og systemstørrelsen, så man kan ”lukke gabet” imellem eksperimenterne og teorien. I de seneste år har vi fokuseret på, hvordan elektrisk strøm kan påvirke den atomare struktur og sætte atomerne i bevægelse. Det er vigtigt for at kunne forstå, hvordan strøm kan destabilisere en nanostruktur og eventuelt kan bruges til at manipulere atomerne i en struktur. Vi er nu ved at udvikle teorien og metoderne til at kunne simulere atomers bevægelse, når de udsættes for elektrisk strøm – det rummer flere overraskende effekter, end vi først troede.

Hvordan opstod interessen for netop dette forskningsfelt?

Jeg kan huske, hvordan jeg tidligt på fysikstudiet hørte om skanningtunnelmikroskopet (STM), og hvordan man kunne ”se” atomer på metaloverflader. Det fandt jeg meget fascinerende. I mit specialestudium – som dengang havde en længde, så man kunne gå rigtigt i dybden – blev jeg præsenteret for et interessant, nyt eksperiment, hvor man kunne flytte atomer med et STM ved hjælp af elektrisk strøm. Det savnede en teoretisk forklaring. Det gav mig rigtig blod på tanden med hensyn til forskning, og i mit ph.d. arbejde var Ministeriet for Forskning, Innovation og Videregående Uddannelsers EliteForsk-pris jeg så heldig at komme til at arbejde direkte sammen med den eksperimentelle STM gruppe i Aarhus, der blandt andet brugte teknikken til at måle på atomare elektriske kontakter. Så fra starten af min karriere blev jeg sporet ind på en retning, som jeg egentlig ikke har afveget meget fra siden. Man kan sige, at jeg startede med at studere elektrisk strøm igennem et enkelt atom og har fortsat med at fylde flere atomer og effekter ind i beregningen samtidig med, at hverdagens elektronik er blevet mindre og mindre.

Hvordan vil du anvende EliteForsk-prisen?

Hædersgaven skal bruges til at forkæle familien med en lidt længere rejse og måske hjælp til den fortsatte renovering af vores hus eller bil. Det bliver sikkert genstand for diskussioner. Selve prisen giver mulighed for at invitere en del af mine udenlandske kolleger hertil. Det bliver rigtigt nemt at finansiere kortere eller længere tid på en meget fleksibel måde og også omvendt dække nogle udlandsophold for mig. Jeg har i en årrække brugt nogle uger om året på at besøge samarbejdspartnere rundt omkring i verden f.eks. i Spanien og Kina og typisk sammen med en studerende fra min gruppe. Det bliver bekvemt at arrangere i de næste år med prisen i baglommen. Endelig kan jeg måske ansætte en lovende kandidat til min gruppe i lidt tid, inden vi får yderligere finansiering på plads til ph.d. eller postdoc løn.

Hvad er din reaktion på at have vundet en af de største forskningspriser i Danmark?

Jeg er fantastisk glad for den fine påskønnelse. Det hører med til historien, at jeg aldrig har lavet noget forskningsarbejde helt alene, så jeg vil gerne dele æren med de gode kolleger, og især fantastiske og entusiastiske studerende og postdocs, som er og har været omkring mig. Det er en afgørende drivkraft for mig at have nogen at ”spille bold” med. Hvis jeg kan motivere nogen til at arbejde på noget sammen med mig, så giver det mig endnu mere energi og motivation og gør, at det hele bliver meget sjovere. Jeg kan meget sjældent holde ideer for mig selv ret længe.

Kan du fortælle lidt om mennesket bag forskeren?

Jeg bor sammen med Jane, som er skolelærer, vores to børn, Maja på 10 år og Jacob på 8 år samt katten Perle (ca. 5 år). Universitetsundervisning, forskerjobbet og familielivet med alt hvad det indebærer anno 2014, levner ikke meget tid til et rigt udvalg af fritidsinteresser. Jeg har altid fundet, det er sjovt at skille ting ad og reparere sager, så når der er tid, roder jeg lidt med vores halvgamle hus, bil, cykler, husgeråd og den slags. Jeg har også stor glæde af at lave og spise mad, f.eks. japansk, især når der er god tid og nogen, som tager opvasken. Når jeg rigtig skal koble af, sætter jeg mig til klaveret eller med harmonikaen og spiller nogle numre i den populære eller jazzede genre, og indimellem spiller Jane også med på tværfløjten.

ARGUMENTATION FOR TILDELING AF PRIS

Mads Brandbyge er en meget anerkendt forsker i nanokomponenters elektriske og termiske egenskaber. Mads Brandbyge bidrager til at afdække ny forståelse for de lovmæssigheder, der gælder for materialer på nanometer-skala, og han har fokus på, hvordan denne nye viden anvendes til at designe fremtidens elektriske komponenter. Mads Brandbyge arbejder blandt andet med metoder baseret på tæthedsfunktional- teori til at beskrive atomare processer i grafen og organiske molekyler.

Mads Brandbyge samarbejder med en række internationale forskningsgrupper og med udvalgte specialiserede software-virksomheder inden for simulering af nanoelektronik.

Mads Brandbyge har en flot publikationsliste med 84 fagfællebedømte publikationer, som tilsammen er citeret mere end 5000 gange, og han har holdt en lang række inviterede foredrag om sin forskning rundt omkring i verden.

Mads Brandbyge har sin kandidatgrad i fysik fra Københavns Universitet og sin ph.d.-grad i teoretisk fysik fra DTU. Efter et postdoc-forløb i Japan ved Tokyo Universitetets Tsukada laboratorium blev han ansat på DTU. Mads Brandbyge er i dag lektor ved Institut for Mikro- og Nanoteknolog på DTU, partner i Danmarks Grundforskningsfonds Center for Nanostruktureret grafen og gruppeleder for Teoretisk nanoelektronik på DTU.

Senest opdateret 26. januar 2015