Investering i Nobelprisens prestasjoner – Potensialet til lasere

Nobelprisens historie

Nobelprisen er en av verdens mest anerkjente utmerkelser. Den ble opprettet i samsvar med Alfred Nobels testamente for å belønne «dem som i det foregående året har gjort menneskeheten den største nytte» innen fysikk, kjemi, fysiologi eller medisin, litteratur og fred. Sveriges sentralbank opprettet senere økonomiprisen til minne om Nobel. De fleste prisene avgjøres av svenske institusjoner, mens fredsprisen tildeles av Den Norske Nobelkomité.

Arv og bekymringer

En kjent fortelling knytter Nobels beslutning til en fransk avis som feilaktig meldte at han var død etter brorens dødsfall. Hvor stor betydning denne historien hadde for testamentet, er usikkert. Nobel utviklet dynamitt og andre sprengstoffer; dynamitt er ikke røksvakt krutt. Han hadde også interesser i våpenindustrien, men testamenterte størstedelen av formuen til priser for menneskehetens beste.

Nobelprisen

Nobelstiftelsen forvalter og investerer formuen for å finansiere prisene. Vinnerne mottar medalje, diplom og en pengepremie. I 2024 var beløpet for en hel pris 11 millioner svenske kroner, omtrent én million amerikanske dollar.

Kilde: Britannica

Prispengene deles ofte mellom flere vinnere. En vitenskapelig nobelpris kan deles mellom inntil tre personer som har bidratt til beslektede eller parallelle oppdagelser.

Gjennom årene har Nobelprisen anerkjent både grunnforskning og praktiske gjennombrudd som har formet den moderne verden, blant annet radioaktivitet, antibiotika, røntgenstrålereller PCR, samt grunnleggende kunnskap om solens energikilde, elektronets ladning, atomstruktureller superfluiditet.

Potensialet til lasere

Den første fungerende laseren ble demonstrert i 1960. Lasere lager lys med høy grad av koherens, og mange kan gi en smal stråle med liten spredning og et begrenset bølgelengdeområde. Strålen har likevel endelig divergens og båndbredde.

Kilde: Britannica

Grunnarbeidet bak laser- og maserteknologien ble belønnet med Nobelprisen i fysikk i 1964 til Charles Townes, Nikolaj Basov og Aleksandr Prokhorov , for kvanteelektronikk som muliggjorde oscillatorer og forsterkere basert på laser–maser-prinsippet. Dette var ikke en pris for byggingen av den første laseren alene.

Det ble raskt klart at lasere kunne brukes til alt fra industriell produksjon til kommunikasjon.

Andre forskere utviklet teknologien videre. I 2018 ble Nobelprisen i fysikk delt mellom to gjennombrudd innen laserfysikk:

Arthur Ashkin viste hvordan laserlys kunne fange og flytte mikroskopiske objekter ved hjelp av lysets bevegelsesmengde. Samtidig utviklet Gérard Mourou og Donna Strickland en metode for å produsere ultrakorte laserpulser med svært høy toppeffekt. Metoden fortsetter å åpne nye muligheter, men utviklingen har praktiske og fysiske begrensninger.

Kilde: Nobelstiftelsen

Skyv med lys

Fotoner har ingen hvilemasse, men bærer energi og bevegelsesmengde. Når lys absorberes, reflekteres eller brytes, kan det overføre bevegelsesmengde og utøve en kraft.

Denne kraften er vanligvis svært liten. Den kan likevel brukes i solseil i rommet og til å manipulere mikroskopiske partikler under kontrollerte forhold.

Arthur Ashkin undersøkte dette ved Bell Laboratories. Han brukte gjennomsiktige kuler med størrelse på mikrometernivå og viste at laserlys kunne påvirke bevegelsen deres.

Han observerte også at partiklene kunne trekkes mot det mest intense området i strålen. En slik gradientkraft oppstår gjennom samspillet mellom lyset og partikkelens optiske egenskaper.

Fange partikler med lys

Ved å fokusere laserstrålen kraftig med en linse kunne Ashkin balansere gradientkraften mot den kraften som skyver partiklene langs strålen. Slik ble det mulig å holde en partikkel nær fokus og flytte den kontrollert: en optisk pinsett.

Kilde: Nobelstiftelsen

I 1986 var fangst med én fokusert stråle demonstrert. Optiske pinsetter kan, avhengig av materiale og oppsett, manipulere objekter fra nanometer- til mikrometerskala.

Beslektede metoder med laserlys brukes også til å fange og kjøle atomer. Laserkjøling bygger på andre mekanismer enn fangst av gjennomsiktige mikropartikler.

Kontrollert manipulering av levende celler

Ashkin undersøkte også virus, bakterier og celler. Ved å gå fra grønt til infrarødt lys kunne han redusere skader i bestemte biologiske prøver. Skadevirkningen avhenger likevel av bølgelengde, effekt og eksponeringstid. Teknikken gjorde det mulig å flytte hele mikroorganismer og påvirke strukturer inne i celler.

Metoden åpnet blant annet for måling av dreiemoment fra bakterieflageller, krefter knyttet til mikrotubuli i celleskjelettet og manipulering av komponenter i planteceller.

Kilde: Nobelstiftelsen

Forbedret presisjon gjorde det mulig å studere DNA på baseparnivå, måle kreftene til molekylære maskiner som proteaser og undersøke hvordan RNA-molekyler foldes ut.

Utviklingen fortsetter, blant annet med holografiske optiske pinsetter, der mange feller kan dannes og styres samtidig.

Et beslektet konsept bruker lydbølger i stedet for lys: akustiske pinsetter. Vi omtaler mulige medisinske anvendelser i artikkelen «Målrettet legemiddellevering kan ha nytte av ny teknikk med lydbølger».

Ultrakorte laserpulser

Den første laseren var pulset. Senere ble både kontinuerlige lasere og pulslasere utviklet videre. Korte pulser kan gi svært høy toppeffekt fordi energien leveres i et kort tidsrom.

En viktig utvikling var moduslåste lasere, som kan lage svært korte pulser. En økning fra nanojoule til millijoule er en milliondobling av pulsenergien; endringen i toppeffekt avhenger også av pulsvarigheten. På 1970-tallet ble videre forsterkning begrenset av at den høye intensiteten kunne skade forsterkermaterialet.

Kilde: Nobelstiftelsen

En løsning var å øke strålediameteren og dermed fordele energien over et større areal. Slike anlegg var store og dyre, og mange hadde lav repetisjonsfrekvens, noe som begrenset forsøkene.

Forsterkning av strukne pulser: CPA

Donna Strickland og veilederen Gérard Mourou ved University of Rochester utviklet en løsning som senere ga dem deres andel av Nobelprisen i 2018.

I chirped pulse amplification, CPA, strekkes pulsen først i tid slik at toppeffekten blir lavere. Deretter forsterkes den, før den komprimeres til en kort puls igjen. Det reduserer faren for å skade forsterkeren og muliggjør mye høyere toppeffekt.

Gjennomføringen krevde nøye kontroll av pulsens ulike frekvenskomponenter. I den første demonstrasjonen brukte forskerne over én kilometer optisk fiber. Resultatet ble publisert i 1985, og metoden ble et viktig grunnlag for kraftige ultrakorte laserpulser.

Kilde: Nobelstiftelsen

Bruksområder for ultrakorte laserpulser

Observasjon på ekstremt korte tidsskalaer

Ultrakorte pulser kan belyse en prøve på femtosekundskala, altså 10⁻¹⁵ sekund. Det gjør det mulig å undersøke raske prosesser, som bevegelsene til atomkjerner under kjemiske reaksjoner.

Kilde: Nobelstiftelsen

Enda kortere pulser åpner for attosekundfysikk. Ett attosekund er en tusendel av et femtosekund, altså 10⁻¹⁸ sekund. Da kan forskere studere elektrondynamikk i atomer, molekyler og kondensert materie .

Medisinske bruksområder

Intense pulser kan skape plasma og akselerere elektroner eller protoner. Slike metoder undersøkes blant annet for kompakte akseleratorer og mulige medisinske anvendelser, men laserbasert partikkelterapi var ikke en etablert rutinebehandling på sykehus i 2024.

Femtosekundlasere brukes blant annet til å lage hornhinnelappen ved enkelte LASIK-inngrep. En excimerlaser former deretter hornhinnen. Fotokoagulasjon ved diabetisk retinopati bruker derimot en tilsiktet varmevirkning og bør ikke beskrives som samme type ultrakort behandling.

Kilde: Nobelstiftelsen

Materialvitenskap

Lasere kan bearbeide materialer med stor presisjon. Lengre pulser kan overføre varme til omgivelsene og skape uønskede termiske eller mekaniske skader.

Femtosekundpulser kan redusere den varmepåvirkede sonen betydelig. De fjerner likevel ikke automatisk all varmeutvikling eller skade ved enhver prosess.

Kilde: Nobelstiftelsen

Slike metoder kan brukes ved øyekirurgi, datalagringog produksjon av medisinske stenter. En hel stent har vanligvis millimeterdimensjoner, mens enkelte detaljer kan være på mikrometerskala.

Investere i laserteknologi

Lasere brukes i blant annet optiske plater, kirurgi, 3D-printing, halvlederproduksjon, industriell bearbeiding og instrumenter for genomsekvensering. En markedsrapport anslo markedet til 17,8 milliarder dollar og forventet 7,8% gjennomsnittlig årlig vekst frem mot 2030.

Du kan lese mer om mulighetene i artikkelen «Lasere er satt til å spille en sentral rolle i kommende tiår etter hvert som teknologien utvikler seg», som omtaler blant annet forsvar, helse og kjernefysisk fusjon.

Du kan investere i laserrelaterte selskaper gjennom ulike meglere. På securities.iofinner du våre meglerguider for USA, Canada, Australia, Storbritannia, og mange andre land.

For bredere eksponering kan du også undersøke teknologifond som iShares U.S. Technology ETF (IYW) eller  ProShares Nanotechnology ETF (TINY). Disse er bredere teknologi- eller nanoteknologifond, ikke rene laserfond. Beholdninger, kostnader og risiko bør vurderes hver for seg.

Laserselskaper

1. Coherent

Coherent (COHR ) er et stort selskap innen materialer, nettverk og laserteknologi, med over 26.000 ansatte i perioden som omtales. II-VI kjøpte Coherent, Inc. i juli 2022 og tok senere navnet Coherent Corp. Marlow var en del av II-VI, ikke morselskapet som gjennomførte hele oppkjøpet.

Selskapet leverer avanserte materialer til lasere, optikk og fotonikk, blant annet indiumfosfid, epitaksiale wafere og galliumarsenid. Flere oppkjøp har utvidet virksomheten.

Kilde: Coherent

I investoroversikten fra 2024 stod segmentet Lasers for omtrent 29% av omsetningen. Resten kom fra andre segmenter, blant annet materialer og nettverk; dette er en segmentfordeling for den aktuelle perioden.

Kilde: Coherent

Virksomhet innen materialer til blant annet termofotovoltaikk, som vi har omtalt i en tidligere artikkel, silisiumkarbid, lasere og elektronikk gir eksponering mot presisjonsproduksjon, 3D-printing, elektrifisering og fornybar energi.

I 2023 ble det kunngjort investeringer i silisiumkarbidvirksomheten fra Mitsubishi Electric og Denso. Coherent beholdt 75%, mens partnerne fikk 12,5% hver. Hver partner investerte 500 millioner dollar, og samarbeidet kombinerte materialkompetanse med industrielle og bilrelaterte anvendelser.

2. Corning

Corning er et material- og teknologiselskap med tre sentrale kompetanseområder: glassvitenskap, optisk fysikk og keramikk. Det leverer blant annet optiske komponenter og teknologi til laserbaserte prosesser.

Kilde: Corning

Selskapet hadde over 50.000 ansatte i perioden som omtales og virksomhet innen blant annet optisk fiber, presisjonsglass, trådløs kommunikasjon og keramikk for utslippskontroll. Corning demonstrerte optisk fiber med lavt tap i 1970.

Lasere og optiske systemer trenger materialer med høy renhet og presis bearbeiding, noe som knytter sammen flere av Cornings teknologier.

Selskapets innovasjonshistorie omfatter blant annet:

• Varmebestandig PYREX-glass.
• LCD‑glass.
• Antimikrobielt glass.
• Optikk til James Webb-teleskopets styre- og avbildningssystemer.
• Strålefokuserende linser for fusjonsenergi.

Kilde: Corning

Corning tilbyr også teknologi for laserskjæring og bearbeiding av glass og andre sprø materialer.

Kilde: Corning

Avanserte optiske komponenter og keramiske materialer er viktige i høyteknologiske anvendelser, fra halvlederproduksjon til biovitenskap.

Corning betjener blant annet romfart, bioteknologi, legemidler, elektronikk, skjermer, optisk kommunikasjon og bilindustrien.

Etterspørsel etter spesialisert utstyr kan skape vekstmuligheter, men de ulike markedene har forskjellige konjunkturer, konkurranseforhold og investeringsbehov. Teknologisk kompetanse garanterer ikke jevn vekst.