Stort steg mot okända material

Hårda ytbeläggningar har varit Johanna Roséns specialitet sedan hon med en master i teoretisk fysik kastade sig ut i forskarlivet. Nu tar hon ett nytt stort steg med 37 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse som startkapital.

Det handlar om borider, nya legeringar av grundämnet bor och en eller flera metaller – en hittills outforskad klass av material med exceptionella egenskaper.

– De senaste tjugo åren har det forskats mycket på keramiska material – oxider, karbider och nitrider. Nu vill vi pröva våra kunskaper på boriderna, en stor familj med både stenhårda och supraledande material, säger Johanna Rosén, biträdande professor i tunnfilmsfysik vid Linköpings universitet.

Nu tar hon med sina forskarkolleger och doktorander på en spännande upptäcktsresa. Vilka hittills okända borider kan det finnas och går de att tillverka? Som tunnfilm men också som tvådimensionella material liknande det omtalade kolmaterialet grafen?

Johanna Rosén ser boriderna som nästa generations hårda beläggningar, ett komplement till de keramer som gjort Sverige till en stor internationell spelare med en femtedel av världshandeln av skärverktyg. En eftertraktad egenskap är att kunna bearbeta aluminium utan att köra fast i den klibbiga metallen. 2 D-materialen kan exempelvis göra stor nytta i batterier.

Projektet har redan smugit igång med några lovande preliminära beräkningar.

– Alla tecken tyder på att vi kommer att lyckas i vår explorativa forskning. Men det fina med Wallenbergstiftelsen är att ett misslyckande ses som bevis på att man vågat försöka, säger Johanna Rosén.

Johanna Rosén känner sig lyckligt lottad när det gäller långsiktig finansiering. Förutom ett antal projektbidrag kantas hennes forskarbana av tunga utmärkelser:

• 2010 Europeiska forskningsrådet ERC: Starting Grant
• 2012 Wallenbergstiftelsen: Academy Fellow
• 2013 Vetenskapsrådet: Distinguished Researcher

Vilka egenskaper gör dig till en framstående forskare?

– Jag är nyfiken och positiv, fokuserad på det jag gör, och tycker att jobbet är väldigt roligt.

Men entusiasmen skulle inte räcka till utan en stark infrastruktur. Materialfysikerna jobbar brett med en mängd olika material och tekniker, med mycket teori och beräkningar i botten.

– Vi har fantastiska instrument med elektronmikroskopet Arwen i spetsen. När man har simulerat fram en ny legering i datorn, tillverkat den i beläggningssystemet och sedan tittar på den i mikroskopet så ser atomstrukturen precis likadan ut som på datorskärmen. All teori är ju en approximation av ”verkligheten”, då är det häftigt att den fungerar så bra.

Beläggningssystem byggda på PVD-metoder (physical vapor deposition) är hjärtat i tunnfilmslaboratoriet. Johanna Rosén jobbar med tre olika PVD-tekniker: arc-förångning, sputtring och HiPIMS. Alla innebär att atomer av ingående grundämnen deponeras och blandas på en yta, lager för lager. Johanna har också designat ett eget system, döpt till Hydra, som ger större flexibilitet. Hennes senaste satsning är ett bulklabb, där man snabbare och enklare kan tillverka stora kvantiteter av ett material. Då placeras de olika ingredienserna i en skål för att smältas ihop i en brännugn.

Ändå hävdar hon att hon inte är särskilt praktisk.

– Jag vet vad jag vill att utrustningen ska klara av och kan designa ett system efter det. Men att skruva och finslipa detaljer, det finns det många som är bättre på.

• 40-åriga Johanna Rosén fick sin grundutbildning vid LiU och disputerade vid det tyska universitetet RWTH Aachen. Därefter som postdoktor en vår vid Lawrence Berkeley National Lab i Kalifornien och två år vid Sydney University. 2007 ingick Johanna i den första kullen av ”LiU-foass”, numera LiU Research Fellows.
• Projektet ” The Boride Frontier - Pioneering materials development of multifunctional metal diboride films by new PVD processes” stöds av Wallenbergstiftelsen med 37,5 miljoner kronor under fem år. Medsökande är Per Eklund och Per Persson, båda LiU.
• Stiftelsen har också beviljat ett fortsättningsanslag på 9 miljoner kronor till projektet ”Isotopic control for ultimate material properties – Phase III”. Sökande är Erik Janzén, professor i halvledarmaterial vid LiU.