12 maj 2022

Forskare vid bland annat Linköpings universitet har skapat ett nytt material som borde vara omöjligt. Syntesen är dock möjlig tack vare en ny metod som skapar ett tryck cirka tre gånger högre än i jordens kärna. Resultaten är publicerade i Nature.

Igor Abrikosov
Igor Abrikosov, professor vid Linköpings universitet är en av huvudförfattarna bakom studien som publiceras i Nature. Fotograf: Charlotte Perhammar

Kemiska sammansättningar och material får ändrade egenskaper när de utsätts för högre tryck och temperatur. Diamant är ett sådant exempel. Från början är det organiskt kol som under lång tid pressas samman av trycket i jordens inre. På liknande sätt vill forskare skapa nya material i labb under ännu högre tryck.

– Enligt våra teoretiska modelleringar ska det gå att skapa helt nya material under så högt tryck som en terapascal – det är cirka tre gånger högre tryck än i jordens mitt. Men fram tills nu har tekniken begränsat de möjligheterna, säger Igor Abrikosov, professor vid Linköpings universitet och en av huvudförfattarna bakom en ny studie som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature.

Rekordtryck

Den tidigare högsta gränsen för materialsyntes med så kallad högtryckskristallografi låg på cirka 200 gigapascal. Men tack vare snabba tekniska landvinningar har forskare vid universitetet i Bayreuth, i långvarigt samarbete med bland andra Linköpings universitet, utvecklat en metod där det går att skapa nya material vid 900 gigapascal.

— Det är första gången ett material skapas vid så högt tryck i ett laboratorium. Det öppnar dörren för att syntetisera fler nya material som tidigare bara kunde skapas i teorin, säger Igor Abrikosov.

Med hjälp av laser och ett så kallat dubbelstegs diamantstäd har forskarna dels lyckats skapa en legering med rhenium och kväve, dels syntetiserat rhenium-nitrid, Re7N3. Det är första gången något av materialen existerar i verkligheten utanför teoretiska modeller. Natalia Dubrovinskaia är professor vid universitetet i Bayreuth och gästprofessor inom satsningen på avancerade funktionella material vid Linköpings universitet. Hon menar att potentialen är stor:

– Om vi tillämpar högtryckskristallografi i terapascalområdet i framtiden kan vi göra ytterligare överraskande upptäckter. Dörrarna står nu vidöppna för kreativ materialforskning som genererar och visualiserar oväntade strukturer under extrema förhållanden, säger Natalia Dubrovinskaia.

Quenching

Nästa steg för forskningen är att få kontroll på materialen som syntetiseras vid så högt tryck. Många material skulle falla sönder när trycket släpper. Men genom en process som på engelska kallas ”quenching” kan det nya materialet bestå under normala förhållanden. På samma sätt som en diamant skapas under högt tryck i jordens inre och består, ska de nya materialen syntetiseras för att sedan genomgå quenching och bli beständiga. Med hjälp av teoretiska beräkningar går det identifiera vilka material som lämpar sig för quenching. Det skulle enligt forskarna bana vägen för att använda helt nya material i mängder med tillämpningar.

Forskningen finansierades av bland annat Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, den strategiska forskningsområde för avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet, den strategiska forskningsområde SeRC, Vetenskapsrådet, Vinnova och Stiftelsen för strategisk forskning.

Artikeln: Materials synthesis at terapascal static pressures Leonid Dubrovinsky, Saiana Khandarkhaeva, Timofey Fedotenko, Dominique Laniel, Maxim Bykov, Carlotta Giacobbe, Eleanor Lawrence Bright, Pavel Sedmak, Stella Chariton, Vitali Prakapenka, Alena V. Ponomareva, Ekaterina A. Smirnova, Maxim P. Belov, Ferenc Tasnádi, Nina Shulumba, Florian Trybel, Igor A. Abrikosov, Natalia Dubrovinskaia Nature 2022 doi: 10.1038/s41586-022-04550-2

Fotnot: Tryck mäts i SI-enheten pascal (Pa). Ofta har den ett prefix då en pascal är en liten enhet. En gigapascal är en miljard pascal (109) och en terapascal är tusen gigapascal (1012). Jämför med atmosfärtrycket vid jordytan som är 100 000 pascal.

Kontakt

Forskning på högsta nivå

Senaste nytt från LiU

Jendrik Seipp.

Forskning om nästa generations AI-planering får 15 miljoner

LiU-forskaren Jendrik Seipp har fått 15 miljoner kronor för att utveckla ett AI-planeringssystem som utnyttjar flerkärniga processorer för parallella beräkningar. Det skulle kunna leda till mer effektiv logistik och storskalig energioptimering.

Kvinna vid ett träd tittar in i kameran.

Pappersindustrin kan bli energismartare med ny mätmetod

Pappersindustrin slukar stora mängder energi. Men trots skärpta EU-krav på effektivisering har det inte funnits något sätt att jämföra energianvändning mellan olika företag. Nu presenterar forskare vid LiU i samarbete med Naturvårdsverket en lösning.

Forskare i labb.

Två nya masterprogram i världsledande materialvetenskap

Linköpings universitet är bland de främsta i världen på materialvetenskap. Hösten 2026 startar två nya masterprogram inom området. En mycket god arbetsmarknad väntar studenterna, både i industrin och akademin.