Här tittar forskarna in i atomernas värld

Dagens elektronmikroskop gör det inte bara möjligt att se de enskilda atomerna i ett material. Mikroskopen kan fungera som hela laboratorier.

Publicerad

Eva Olsson är professor i fysik och avdelningschef för nano- och biofysik vid Chalmers tekniska högskola.
Bild: Nicke Johansson

I ett smalt korridorsliknande rum med vita väggar sitter och står flera medlemmar av Eva Olssons forskargrupp kring en rad stora skärmar. Mellan tangentborden på bordet finns flera olika små lådor med rattar och knappar. Så här borde kontrollerna se ut i ett framtida rymdskepp.

Nu är det inte ut i rymden vi spanar, utan in i materian, till molekyler och atomer. Vi befinner oss i ett av många mindre utrymmen som hör till material­analyslaboratoriet vid Chalmers tekniska högskola, och i rummet intill står ett speciellt mikroskop. Det ser ut som en vit pelare med ett kantigt rött och vitt skåp bakom, och når upp ovanför lysrörslamporna vid taket. Det är ett transmissionselektron­mikroskop, där en stråle av elektroner passerar genom provet för att skapa en bild. I ett av fönstren på skärmarna i kontrollrummet kan vi se vad som finns inuti mikroskopet just nu: ett tvärsnitt av en nanotråd av halv­ledar­materialet galliumarsenid. En av forskarna zoomar in, och ur ytan som först ser jämngrå ut framträder ett regel­bundet och prydligt mönster.

Upplösningen är bättre än en ång­ström, alltså en tiomiljondels milli­meter, vilket gör det möjligt att se de enskilda atomerna. Det vi ser på skärmen är raderna av atomer arrangerade i kristallform.

– Var varje atom sitter påverkar egenskaperna, säger Eva Olsson.

Avancerad materialanalys

Hon har sysslat med elektron­mikroskopi sedan 1980-talet, då hon studerade gränserna mellan kornen i material som används i överspänningsskydd. Där är det ett eller två atomlager i gränsytorna som avgör hur materialet reagerar på olika strömstyrkor. Sedan år 2001 är hon professor i fysik här på Chalmers tekniska högskola, och leder en forskargrupp som ägnar sig åt avancerad materialanalys.

Eva Olsson visar runt i vad som känns som en labyrint av korridorer. Här finns många små rum med olika typer av instrument.

– Mikroskopi har funnits på det här våningsplanet sedan 1960-talet, berättar hon.

Numera utgör samlingen av avancerade mikroskop ett laboratorium som administreras av institutionen för fysik. Det används av forskare både från Chalmers och andra lärosäten och från industrin, både från Sverige och andra länder.

Eva Olsson öppnar dörr efter dörr, och berättar om instrumenten som finns där. Vi tittar in i minst sju olika rum, och i flera av dem sitter någon och arbetar. Det är ändå ovanligt glest med folk, tycker Eva Olsson. Det brukar för det mesta vara någon vid varje instrument och inte sällan flera personer.

– Man har ofta en kollega med vid instrumentet, så att man kan konsultera varandra och förstå vad man tittar på.

Eva Olsson och hennes forskargrupp ser det som sitt speciella ansvar att ha hand om de två mest avancerade transmissionselektronmikroskopen. Men det märks att hon är väl bevandrad i de olika funktionerna hos alla apparater hon visar. Det handlar inte bara om att kunna titta på små saker.

– Vi utvecklar metoder för att göra experiment med material i mikroskop, förklarar hon.

Något av mikroskopen har möjlighet att kyla proverna till låga tempera­turer. I andra kan forskarna skjuta strålar av joner för att etsa i materialet eller tillföra gaser för att avsätta material på ytan. Genom att fånga upp röntgenstrålning som atomerna sänder ut efter att ha kittlats av mikroskopets elektroner går det att identifiera vilken atom som är av vilket grundämne. Det går också att manipulera prover rent mekaniskt. Eva Olsson visar en bild på en mikroskopisk spets som trycker på en nanotråd – det är ett experiment för att mäta hur egenskaperna ändras när den trycks ihop och böjs.

F&F Evenemang:

En kväll om livet efter digitaliseringen

En tankeväckande och lärorik kväll med teknikhistorikern Nina Wormbs, sociologen Malin Åkerström, filosofen Hans Ruin och litteraturvetaren Jesper Olsson. 25 januari på Playhouse Teater i Stockholm.

Läs mer och boka

Eva Olssons forskargrupp har många samarbeten. De undersöker skiftande typer av material, allt från metalliska nanopartiklar till proteinmolekyler i mjölk. Hela tiden är målet att förstå hur atomernas placering påverkar materialets egenskaper.

En del av gruppens forskning handlar om avancerade solceller. Då samarbetar de med andra grupper som tar fram material och varierar sina tillverkningsparametrar. Sedan tar Eva Olssons grupp vid och undersöker hur strukturen i materialet kan kopplas till solcellsmaterialets verkningsgrad.

Det är alltså mångsidig forskning som pågår här. Efter disputationen gav sig Eva Olsson ut i världen och forskade vid företaget IBM, och senare blev hon professor vid Uppsala universitet. Men hon drogs tillbaka hit.

Prenumerera på Forskning & Framsteg!

10 nummer om året och dagliga nyheter på webben med vetenskapligt grundad kunskap.

Beställ idag

– Den här miljön har alltid varit spännande och dynamisk, säger hon.

Just nu har gruppen flera spännande forskningsprojekt på gång. Ett handlar om polymerer som kan leda elektrisk ström, och som i framtiden kanske kan användas i kroppen för att behandla neurologiska sjukdomar. Ett annat handlar om tvådimensionella material, där sträckning och böjning påverkar elektriska och optiska egenskaper. Eva Olsson berättar att de kan töjas ungefär tio procent, innan de spricker, mycket mer än andra material.

– Vi gör experiment i mikroskopen och ser vad som händer på atomär skala, säger Eva Olsson.

Publicerad

Upptäck F&F:s arkiv!

Se alla utgåvor