Emil Bergholtz drivs av nyfikenhet och en stark vilja att ständigt utveckla sig själv och sina kunskaper. 

– Det är svårt att förnya sig som forskare om man stannar kvar i ett och samma fält. Dessutom finns det flera fördelar att ta sig an nya områden. Du belastas inte av förutfattade meningar eller detaljkunskaper som kan sätta upp hinder, säger Emil Bergholtz, professor i teoretisk fysik vid Stockholms universitet. 

Ovanliga materialegenskaper

Strävan efter förnyelse ligger också bakom hans forskningsgenombrott. Huvudfokus för Emil Bergholtz forskning finns inom området topologiska system. Det är en del av fysiken där matematiska verktyg används för att utforska och förklara ovanliga materialtillstånd.

Ett genombrott kom när kunskaper från ett närliggande fält kunde öka förståelsen av öppna topologiska system, vilket är system som växelverkar med sin omgivning. Teorierna som han utvecklade tillsammans med sin forskargrupp lade grunden till ett helt nytt forskningsfält med ett nytt teoretiskt ramverk.

– Våra idéer mötte mycket kritik i början men i dag är området väletablerat både experimentellt och teoretiskt. Tidigt hade vi också tankar kring att bygga en ny sorts sensor utifrån våra resultat. I dag har flera internationella forskargrupper byggt sådana sensorer. 

Men de sensorer som andra byggt drar inte nytta av de underliggande teorierna fullt ut. Därför har forskargruppen inrett ett labb i AlbaNova för att konstruera en egen sensor. 

– Vi bygger en optisk version av sensorn med inspiration från forskare vid California Institute of Technology, USA. De missade en nyckelaspekt i sitt arbete vilket bland annat gör att den inte blir skalbar. Nu ser jag fram emot att lära mig mer av hela kedjan från abstrakt teori till en faktisk applikation. 

Inget att mäta

Med hjälp av sensorn kommer det att bli möjligt att mäta mycket svaga signaler, som till exempel extremt hög resistens i ett material. Men någon praktisk nytta av sensorn finns egentligen inte ännu. 

– Det är utmärkande för grundforskning: att inte veta vad resultatet kan användas till. Visserligen finns det drömmar om att bland annat kunna mäta signaler från mörk materia. Men vi börjar med att undersöka om den överhuvudtaget går att bygga. 

Om du vill lära dig modern fysik, till exempel kvantfysik, så krävs det att du lämnar dina tidigare kunskaper bakom dig. Du behöver hitta ett nytt sätt att tänka, lite som att bli barn på nytt. 

Samtidigt har Emil Bergholtz tagit sig an ett ytterligare projekt inom ett angränsande område: att undersöka topologiska faser i nya former av halvledare och semimetaller, så kallade van der Waals-material. Dessa består av tunna skikt som särskilt när de vrids ger dem unika elektriska, optiska och mekaniska egenskaper. Ett exempel är grafen. 

– Vi har stor erfarenhet av den typen av fysik sedan tidigare, men på en mer konceptuell nivå. Nu utvecklas nya typer av van der Waals-material som passar de teorier vi utvecklade för mer än tio år sedan. 

Förhoppningen är att forskargruppens arbete ska ge värdefulla insikter till de forskare som utvecklar och experimenterar med de nya materialen. Så sent som 2020 publicerade forskargruppen en vetenskaplig artikel om topologiska faser i materialen. 

– Då låg vårt fokus på grafen men i dag finns det många fler alternativ. De nya materialen gör det möjligt att uppnå särskilda kvanttillstånd utan starka magnetfält eller extremt kalla temperaturer. Det väcker hopp om en rad olika användningar i framtiden, bland annat i kvantdatorer.  

Eftersom båda projekten berör området topologi så finns det uppenbara synergier mellan dem, menar han. Dessutom föder det nya idéer att gå mellan de två projekten. 

– Framgångsreceptet för vår grupp har varit att röra sig mellan olika fält. Vi tar med oss kunskap och inspiration mellan dem vilket gör det möjligt att ta sig an helt nya saker. 

Delar kunskap

För att föra forskningen framåt är det internationella samarbetet viktigt, men ännu viktigare är webbplatsen Arxiv.org. Webbplatsen fungerar som publiceringsyta för de vetenskapliga artiklar som ännu inte antagits till någon publikation. Vid grundandet 1991 hade den fokus på fysik men i dag rymmer den artiklar om en rad olika ämnen. Liknande plattformar finns även för andra ämnen och tillsammans har de fått namnet preprintservrar. Men Emil Bergholtz kallar den helt enkelt för Arkivet. 

– Arkivet har betytt oerhört mycket för utvecklingen inom fysik, men även inom matematik. Det är ovärderligt för oss då det ger omedelbar tillgång till nya idéer. Allt samlas dessutom på en och samma plats. 

Arxiv har blivit en del av Emil Bergholtz morgonrutin. Varje morgon innan frukost skummar han igenom de senaste publicerade forskningsartiklarna inom en rad angränsande områden. När han hittar något viktigt delar han det med sin grupp så att de kan diskutera resultaten tillsammans under dagen. 

– Det vore omöjligt att gå igenom vetenskapliga tidskrifter på samma sätt. Nu tittar jag igenom cirka hundra artiklar varje dag. För mig har det faktiskt blivit något av en livsstil. 

Text Magnus Trogen Pahlén
Foto Magnus Bergström