Nobelpristagare i fysik får hjälp av LTU:s forskare

Professor Alexander Soldatov, Ambrosie Neuville,
projektstudent vid LTU som kommer från EEIGM Nancy
i Frankrike och Dr. Shujie You, postdoc i forskargruppen

Högtryckstester av det lätta och superstarka materialet ”grafen” är en specialité som finns vid Luleå tekniska universitet. I samarbete med Konstantin Novoselov, nybliven nobelpristagare i fysik, förbereder professor Alexander Soldatov vid LTU och hans forskarteam unika experiment på grafen.

- Ingen i världen har gjort detta experiment tidigare och vår målsättning är att kunna ge svar på testerna inom en månad, säger Alexander Soldatov, professor i materialfysik som leder forskargruppen vid Luleå tekniska universitet.

Två nyblivna nobelpristagare i fysik vid universitetet i Manchester, varav Konstantin Novoselov är den ene, har visat hur man på ett enkelt sätt kan framställa det superstarka, lätta och genomskinliga materialet grafen. Fullt utvecklat väntas materialet kunna användas på en mängd olika områden, bl a leder det el och värme extremt bra - tio gånger bättre än koppar, dessutom är det 100 gånger starkare än starkaste stål!  För att kunna mäta materialets styrka krävs speciell kunskap och utrustning. Just detta finns bara hos en forskargrupp vid Luleå tekniska universitet.

Första gången som Alexander Soldatov från LTU och nobelpristagaren Novoselov träffades var på en stor konferens om nanostrukturerade material. Nano är extremt små enheter på atomnivå. En nanometer motsvarar ca en miljarddels meter.

- Jag berättade om vår idé att testa styrkan i en atomisk skiva och han var intresserad och sade att han kunde skicka prov till oss, säger Alexander Soldatov.

I ”familjen” nanostrukturerade material gjorda av rent kol ingår, förutom grafen, även ”fulleren” och ”kolnanorör”. På 80-talet upptäcktes fulleren (Nobel pris i kemi 1996) som är kolatomer sammanfogade med extremt små bollar till ett nät. På 90-talet upptäcktes kolnanorör som är en molekyl i form av en cylinder vars diameter inte är större är en nanometer. Det nyaste materialet grafen lyckades nobelpristagarna framställa på ett enkelt sätt. Med hjälp av vanlig kontorstejp kunde man dela grafit. Det lossade ganska lätt pga svaga bindningar mellan lagren. Det rena fräscha lagret grafit, applicerat på ett underlag av kisel, täckt av en tunn film av kiseldioxid, kan sedan studeras i ett vanligt optiskt mikroskop.

- Där kan man se grafitkluster här och där, men samtidigt kan man hitta grafen i ett eller flera atomiska lager, säger Alexander Soldatov, vars studenter har lyckats framställa grafen i forskargruppens laboratorium i Luleå.

Samtidigt har forskargruppen i Luleå fått specialprover från Novoselov med större ytor av grafen på ca 3 mm i diameter, på ett lager av kopparnät. Grafen är ett otroligt starkt material, starkare än diamant på grund av bindningar i plan. Det forskargruppen i Luleå har åtagit sig är att mäta hur starka bindningarna är i de atomiska lagren. Avsikten är att se hur atomerna flyttar sig under tryck.

Proven placeras i ett städ, mitt mellan två diamanter som trycks ihop, samtidigt tillförs het gas som ger ett högt tryck. Med hjälp av Ramanspektroskopi, en karakteriseringsmetod som baseras på laser ljus, kan man se hur kol atomerna rör sig under högt tryck och då bedöma hur starka bindningarna mellan dem är. Eftersom provet är väldigt litet är experimentet mycket svårt att genomföra. En av Alexander Soldatovs postdoc, Dr. Shujie You, står bakom förberedelsen av detta speciella experiment.

- Om det fungerar så blir det första testet på styrkan i en atomisk grafenskiva med hjälp av hydrostatiskt tryck, baserat på konkreta experiment, säger Alexander Soldatov.