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

Gravida kvinnor i ett rum.

Vikten spelar stor roll för gravidas hälsa oavsett födelseland

Övervikt bidrar väsentligt till komplikationer under graviditet och förlossning – det gäller både för kvinnor som fötts i Sverige och kvinnor som flyttat hit, något som det hittills inte forskats mycket på.

Två pipetter sprutar ut vätskor som blandas på en skiva.

Materialforskning för en hållbar framtid i tio nya projekt

Fotosyntetiska material, tvådimensionella ädelmetaller och hållbara halvledare är några av de projekt vid Linköpings universitet som beviljats bidrag från forskningsprogrammet Wallenberg initiative materials science for sustainability – Wise.

Cheerleaders på rad.

Cheerleaders vittnar om psykologiska övergrepp

Av aktiva och tidigare aktiva inom cheerleading uppger 29 procent att de utsatts för psykologiska övergrepp i sin sport. Det framgår av en ny studie från Linköpings universitet.