Oordning skapar oanade möjligheter…

Inom grundforskningen är vi nu i färd med att försöka förstå varför blandningar av oordnade material kan ge helt nya material med egenskaper vi hittills inte kunnat föreställa oss. Om vi lär oss skräddarsy dessa nya material öppnar sig fantastiska möjligheter, berättar Björgvin Hjörvarsson, professor i fysik vid Uppsala universitet.

Skillnaden mellan oordnade, amorfa, material och ordnade kan enklast beskrivas med att om du tar en mängd bollar av samma storlek och skakar runt dem i en låda så uppträder en viss struktur. Men om du blandar i en mängd mindre bollar och skakar runt igen så uppstår en helt ny, oordnad, struktur med helt nya egenskaper.

Amorfa material är inget nytt. Det finns massor av oordnade material i naturen. Fascinationen kring dem har funnits under lång tid. Men det är först på senare år som forskarna kunnat bygga dem från grunden genom att lägga en nanometer av ett material tillsammans med en nanometer av ett annat material och på det sättet skapa skiktade strukturer av amorfa material som ger en helt ny superstruktur.

Idag vet forskarna att det finns ett antal materialkombinationer som ger helt unika egenskaper, som exempelvis är både superelastiska och superstarka.

-Problemet är att vi inte vet hur detta går till. Det finns inga beräkningsmodeller som hjälper oss att förstå varför det händer. Det är först när vi kan förstå det som vi kan börja skräddarsy nya material. Det är då det blir riktigt intressant.

Finns tillverkade amorfa material på marknaden idag?
-Ja, men de är sällsynta. De används till exempel inom halvledarindustrin och i vissa exklusiva golfklubbor…

Vad kan de komma att få för tillämpning och betydelse i vår vardag?
-Låt säga att vi kan skräddarsy funktionaliteten hos material. Exempelvis göra material både tunnare och lättare men med bättre hållbarhet än idag. Det kan komma att betyda mycket för framtida energiomvandling men också för vardagliga saker som att vi kan göra bilar som inte rostar, knivar som inte behöver slipas, elastiska saker som kan töjas ut utan att gå sönder och mycket mer som vi inte kan föreställa oss idag. Men uppriktigt sagt är jag inte så intresserad av tillämpningen. Den får andra ta hand om.

Vad är din drivkraft?
-Jag är intresserad av att förstå hur det går till att skapa sådana material och föra den kunskapen vidare, säger Björgvin Hjörvarsson och ger exempel på frågor som intresserar honom:

-Ett glas vatten fryser vid 0 grader. Det vet vi. Men när fryser ett atomlager av vatten? Det vet vi inte. När vi kommer till nanonivån så förändras allt. Det får stora konsekvenser långt utöver materialvetenskapen. Varför kan vi t ex frysa en spermie utan att den blir förstörd men inte en muskel?

Grundforskning är ett tålamodskrävande arbete. När tror du att skräddarsydda supermaterial blir verklighet?
-Inte den blekaste aning. Det beror helt och hållet på vilka resurser som kommer att satsas på detta de kommande åren. Men i samarbete med fysik, kemi och teknikvetenskaperna har vi skapat ett nytt sätt att på experimentell väg undersöka olika materialegenskaper på atomnivå på ett kombinatoriskt sätt. Det kan bidra till att vi kommer framåt betydligt snabbare.  

Den nya metoden kan beskrivas som en platta där man blandar två material. I ena ändan störst koncentration av det ena ämnet och i den andra änden störst koncentration av det andra ämnet. Det möjliggör studier av varje blandning däremellan av de två ämnena på ett och samma ställe. Tidsödande framställning av en mängd prover på de olika blandningarna behövs med andra ord inte längre.

-Om vi kombinerar denna experimentella metod med teoribildningen så kommer allt att gå mycket snabbare. Det kommer att revolutionera materialvetenskapen.

Idag är medvetenheten om vilka möjligheter som väntar med amorfa material rätt begränsad. Men den kommer. Det är Björgvin Hjörvarsson övertygad om.

AnnBritt Ryman