Wallenberg Academy Fellows

Hon vill se hur nanotrådar växer

Elektroniken behöver bli starkare, snabbare och snålare. Nanoteknik kan vara vägen dit. I Lund ska Kimberly Dick Thelander konstruera ett mikroskop som visar exakt hur nanotrådar byggs upp. Det blir ett steg mot att forma nya material precis som vi vill.

Runtom i världen utvecklas hela tiden ny elektronik, som blir allt snabbare och får allt fler funktioner. Samtidigt får apparaterna inte bli större eller dra mer energi. Helst tvärtom, faktiskt. Då krävs material med helt nya egenskaper.

– Nanomaterial har intressanta egenskaper. Jag skulle aldrig säga att det är just de som kommer revolutionera framtiden, men de är en viktig del av utvecklingen, säger Kimberly Dick Thelander.

För tio år sedan kom hon från Kanada till Lund för en doktorandtjänst vid Nanometerkonsortiet. Hon hade ingen plan på att stanna, men än har det inte funnits skäl att flytta.

– Min forskning gick bättre än jag väntade mig, och Lund är en verkligt bra plats för nanoforskning, säger Kimberly Dick Thelander.

”Det finns inte så många bra vägar just nu för unga forskare i Sverige som vill bygga upp en egen grupp och driva framgångsrik forskning. Att jag utsetts till Wallenberg Academy Fellow gör det möjligt för mig.”

I nanoskala gäller andra lagar

En nanometer är en miljarddel av en meter, och begreppen nanovetenskap och nanoteknik syftar på arbete i den skalan. När måtten är så små beter sig materialen helt annorlunda, och fysikens klassiska lagar gäller inte längre. Istället uppstår något som kallas kvantfysikaliska effekter, exempelvis att en partikel kan tränga igenom en barriär som den inte borde kunnat forcera.

I nanoskala är det möjligt att ge material egenskaper de inte har annars, och blanda material som normalt inte vill förena sig med varandra. Sådan materialblandning är en av de saker som Kimberly Dick Thelander ska försöka sig på. Men mest vill hon förstå materialen bättre. Hon kommer att studera en process kallad epitaxi, där partiklar spontant bygger upp nanotrådar på en yta, atomlager för atomlager.

– Jag vill förstå exakt hur trådarna byggs upp och hur atomerna är organiserade i dem. Det kan ge oss möjlighet att kontrollera dem. Jag arbetar ju inte med att utveckla elektronik, men jag har alltid i bakhuvudet vilka egenskaper hos materialet som potentiellt kan vara användbara, säger Kimberly Dick Thelander.

Hon påpekar att de flesta av dagens material helt enkelt har de egenskaper de har, och vi använder dem så gott det går. När vi tillverkar nya material är det vanligt att först skapa något, sedan se hur användbart det blev. Men om man förstår processen på atomnivå skulle det kunna bli möjligt att bestämma i förväg hur ett material ska bete sig.

Trådbygget ska studeras i realtid

Nanostrukturer kan inte studeras med vanliga mikroskop. Man använder elektronmikroskop, som klarar att avbilda betydligt mindre strukturer. Hittills har nanomaterial främst studerats i färdigt skick. Kimberly Dick Thelander ska utforma en ny metod där nanotrådar skapas inne i mikroskopet så att själva processen kan studeras i realtid.

– Det finns några få elektronmikroskop i världen i dag där man kan studera en process, men det vi kommer göra är betydligt mer komplext.

För att det ska fungera måste forskarna designa ett specialmikroskop, och styra själva processen så att den går i tillräckligt hög hastighet för att kunna iakttas. Kimberly Dick Thelander visar en liten film, mycket mer lågupplöst än de hon planerar, där en nanotråd byggs upp. Hon pekar på räkneverket. Uppspelningshastigheten har ökats rejält för att man ska se tråden växa – i själva verket tillkom bara några atomer i minuten.

Nanotrådarna som hon ska studera bildar ett halvledarmaterial. Halvledare är en avgörande komponent i nästan all elektronik, och även om halvledarna i dag oftast tillverkas av kisel på mer traditionellt vis, så finns även industriell ”nanotillverkning”. Kimberly Dick Thelander förklarar att det är viktigt att hon och hennes kollegor ligger så nära den industriella processen som möjligt, för att deras resultat ska bli relevanta för tillverkarna.

Förtjust i detaljerna

Det är inte mycket av forskningen hon genomför på egen hand. Mest leder och samordnar hon grupper som utför själva försöken. Hon säger att hon är i labbet ett par gånger om året.

– Men det är okej. Jag tycker om att ha ansvaret för grupperna. Vad jag inte tycker om är att administrationen kan ta så mycket som hälften av min arbetstid. Det är för mycket, säger Kimberly Dick Thelander.

Hon beklagar också den hårda konkurrens som ofta råder inom nanovetenskapen. Det gäller att bli klar först och publicera snabbt. Kimberly Dick Thelander upplever att det i hög grad är forskarna själva som sätter press på sig och sina kollegor.

– Ibland skyndar vi bara mot ett slutresultat, och lägger inte tillräckligt mycket tid på detaljerna.

Och hon tycker om detaljer.

– Att kunna se vad som händer i naturen på atomnivå, kunna kontrollera saker i den skalan… Det är de där grundläggande processerna som intresserar mig. I dag talas det så mycket om strategisk forskning, vi måste ofta övertyga människor om att något har ett praktiskt syfte. Men jag tror att det måste finnas utrymme för den här sortens grundforskning också, säger Kimberly Dick Thelander.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström