”Vi ska bli först i världen med att ta tvådimensionella bilder av supraledare”
Det säger professor Oscar Tjernberg när han pratar om sin unika utrustning med det intressanta namnet Baltazar. Forskarna har kunnat presentera de första resultaten, men nu jobbar de hårt för att Baltazar helt ska fungera som tänkt. Och då kommer man att vara först i världen med att ta tvådimensionella bilder av OCH analysera elektronstrukturen i supraledare med hjälp av utrustningen.
Oscar Tjernberg är en av KTH ICTs yngre professorer, och han har alltid varit någon av ”ung och lovande talang”. Vid vår första intervju 2002 hade han precis fått det s k Gustafssonpriset om 1 Mkr som delas ut till lovande unga fysikforskare. Sex år senare blev han professor inom materialfysik, för några år sedan blev han programansvarig för civilingenjörsprogramm Mikroelektronik, och 2009 blev han chef för forskningsenheten Materialfysik. Det går alltså bra för Oscar Tjernberg.
Det där Gustafssonpriset var verkligen bra att ha när han skulle bygga upp sin verksamhet inom sitt område högtemperatursupraledare. Och han medger att han även senare varit framgångsrik när det gäller att få forskningspengar.
- Jag har ett hyggligt M-index, säger han skämtsamt. M = Money och är nästan lika viktigt som Crownindex i den bibliometriska delen. Men jag önskar jag vore ännu bättre så att jag kunde försörja en lite större forskningsgrupp.
Supraledare
Idag består Oscar Tjernbergs forskningsgrupp (Strongly Correlated Systems) av honom själv och två doktorander. Ytterligare en doktorand och en postdoc står på önskelistan. Gruppens forskning handlar om starkt korrelerade material.
Det är elektronernas beteende i ett material som bestämmer materialegenskaperna – allt från mekaniska, optiska, elektriska till magnetiska. Forskarna vet ganska bra hur elektronerna beter sig i de flesta metaller. Men det finns material där elektronerna är mycket starkt korrelerade till varandra. Man kan alltså inte titta på en enskild elektron och få en uppfattning om materialet. Man måste titta på alla samtidigt, vilket gör det mycket mer komplicerat. Det som särskilt intresserar Oscar Tjernberg är s k supraledare - alltså starkt korrelerade material som leder ström helt utan motstånd.
- Supraledande material, t ex aluminium och bly, har varit kända sedan början av 1900-talet , förklarar Oscar Tjernberg. Men i slutet av 1980-talet upptäcktes nya supraledare, som förblev supraledande även vid mycket högre temperaturer.
Det visade sig också att orsaken till supraledning i de nya materialen inte kunde vara samma som i de tidigare kända fallen. I material som bly eller aluminium orsakas supraledningen av att elektronerna i materialen kopplar ihop sig två och två med hjälp av atomernas vibrationer i materialet.
- I de nya materialen är elektronernas inverkan på varandra mycket mer komplicerad. Den djupare orsaken till supraledningen är ännu höljd i dunkel, förklarar Oscar Tjernberg. Vi vill förstå hur elektronerna uppför sig i de nya materialen, och vad det är som orsakar supraledningen. Vårt arbete har bland annat visat hur de verksamma "partiklarna" i supraledningen är uppbyggda.
Högtemperaturssupraledning
De här materialen är ett populärt forskningsområde och förståelse av högtemperatursupraledning är ett av de fundamentala forskningsområdena inom det fasta tillståndets fysik idag..– Det handlar om temperaturer på 150-160° över den absoluta nollpunkten, vilket är oerhört höga temperaturer för en fysiker. Ingen vet idag varför de här materialen är supraledande, men man tror att korrelationen hänger ihop med att temperaturen är så hög.
Svaret på frågan om nyttan av den här forskningen kommer snabbt och säkert. Oscar Tjernberg betonar att erfarenheterna visar att all ny kunskap inom fysiken så småningom hittar sin tillämpning. Vad man än lär sig inom det fasta tillståndets fysik, så kommer det visa sig vara användbart för någonting så småningom.
– När det gäller högtemperatursupraledare så måste vi förstå själva mekanismen. Det är bara en tidsfråga innan vi gör det, understryker Oscar. Och i framtiden kanske vi kan göra ett material som är supraledare i rumstemperatur. Och då är det ingen ände på vad man skulle kunna göra.
Han menar att det finns nästan ett obegränsat antal tänkbara användningsområden för sådana nya material. De skulle kunna användas i allt som har med elektricitet att göra. Kraftöverföring kunde göras energieffektivare genom att man kan minska energiförluster, och man kan få effektivare generatorer och elektriska motorer. Och kretsteknologi kunde också göras mycket snabbare.
Baltazar
Tack vare pengar från Wallenbergstiftelsen håller en världsunik utrustning på att ta form i Electrumhuset. Utrustningen - som fått namnet Baltazar – är en ny typ av laserbaserad fotoelektronspektrometer med vars hjälp man ska kunna studera elektronstrukturen hos kristallina material. Den kommer att användas vid studier av högtemperatursupraledare och andra starkt korrelerade material. Baltazar består av två delar: en laserbaserad ljuskälla och en elektronanalysator.
- Ljuskällan fungerar tillräckligt bra, berättar Oscar Tjernberg. Däremot fungerar elektronanalysatorn ännu inte som den ska. Det har varit problem med mjukvaran, spänningsaggregaten, vakuumurgasning, tidsupplösningen hos detektorn m.m.
Men det finns fortfarande ingen annan som har den här typen av instrument, och intresset är mycket stort. Många vill bygga något eget liknande - bl a Stanford och MIT har grupper som arbetar på liknande uppställningar. Oscar Tjernberg har licensierat delar av designen och hoppas få in royaltyn. Med hjälp av utrustningen hoppas man att kunna ta bilder i två dimensioner av det som händer i supraledare. Tidigare har man varit hänvisad till att ta ett antal endimensionella bilder för att försöka förstå det som händer.
- Det här kan bli revolutionerande för vår kunskap om högtemperatursupraledare, understryker Oscar Tjernberg. Vi kommer att kunna lära oss så mycket mer om vad som händer med elektronerna inne i materialet. Och det här kommer att ge oss möjligheter att också studera de nya högtemperatursupraledarna baserade på järn.
Men hur kom det sig att ni blivit först i världen?
- Vi har väl haft lite tur, säger Oscar Tjernberg skämtsamt. Vi råkade vara i korsningen mellan två tekniker och det här är en brygga mellan dessa. Vi har ju jobbat med fotoemission som en typ av analysmetod ända sedan 90-talet. Och vi har använt oss av lasrar och flygtidsspektrometrar vilket är rätt ovanligt i de här sammanhangen.
Max Lab
När intervjun görs jobbar Oscar Tjernberg med ansökan för den s k MAX IV som ska bli nästa generations synkrotronljuskälla. Det handlar om en anläggning som så gott som alla röntgenforskare i Sverige kommer att ha glädje av. Och i pengar handlar det om flera miljarder kronor för MaxIV där den del som Oscar arbetar med ligger i storleksordningen 50-100 miljoner.
- Det här är ett jättearbete, det handlar om att försöka komma fram till vilken utrusningen MAX IV ska ha – vilken typ av strålrör och vilka experimentstationer man ska ha, förklarar Oscar Tjernberg.
Man söker pengar hos Wallenbergstiftelsen och bakom ansökan står grupper från i princip alla universitet i Sverige.
Materialfysik
Oscar Tjernberg är bekymrad över den dåliga koordineringen av materialforskningen inom KTH. Forskningen är splittrad hävdar han. Däremot är han tämligen nöjd med sin forskningsenhet Materialfysik och det strategiska profilområde Materialfysik som man håller på att bygga upp i Kista.
- Materialområdet i Kista fungerar relativt bra, menar Oscar Tjernberg. Vi har fått god utdelning av anslag till utrustning, och vi har också fått förlängning av våra VR-pengar. Men det som bekymrar mig är att vi saknar stadig basfinansiering.
I det strategiska profilområdet (=verksamhetsbasen) Materialfysik ingår utöver enheten med samma namn även enheterna Halvledarmaterial och Funktionella material. Och Oscar tror att det här kan bli ett ganska bra profilområde. Tillsammans med Mamoun Muhammed och Sebastian Lourdudoss har de sökt pengar inom ramanslaget för energi. Oscar Tjernberg är chef för enheten Materialfysik, vilket tar ungefär en tredjedel av hans tid.
- Det tar rätt mycket tid att vara enhetschef, förklarar Oscar. Det handlar mycket om personal och ekonomifrågor som ska hanteras. Men jag arbetar för att grupperna ska vara ”självskötande” med delegering av löpande frågor.
Inom enheten finns fyra forskningsgrupper: Förutom Oscars grupp inom starkt korrelerade system så finns Jan Linnros som forskar på nanokiselmaterial, Mats Göthelid med sin ytfysikforskning med tillämpningar inom solceller och Johan Åkerman med sin forskning inom spintroniken.
- Det går bra för de här grupperna, betonar Oscar Tjernberg. Men vi saknar en grupp för materialanalys, och vi har ingenting på neutronspridningssidan. Som verksamhetsbas ska vi stärka oss - det är nödvändigt om vi ska kunna hävda oss. En annan svaghet är att vi inte har några riktiga ”teorigrupper” utan vi fuskar lite i det. Men vi har bra samarbetspartners utomlands som stärker upp oss.
Du är ju också programansvarig för Mikroelektronikprogrammet. Hur hinner du med alla dina roller?
- Att vara programansvarig, vara lärare och vara enhetsansvarig motsvarar ungefär en heltid. Min forskning bedriver jag utanför arbetstid – på kvällstid eller tidigt på morgnarna säger Oscar med ett skratt. Men det är för lite tid för forskning.
Och helt följdriktigt kommer Oscar Tjernberg inte att kvarstå som programsansvarig lärare från hösten 2010. Nu vill han fokusera på sin enhet och sin forskning.
Läs mer om materialfysikenheten
Läs mer om verksamhetsbasen materialfysik
