Lars Hultman är professor i tunnfilmsfysik vid Linköpings universitet och forskar på funktionella keramer. Keramer är material som tål hög temperatur och svåra kemiska miljöer. Funktionella betyder att de har användbara egenskaper, exempelvis inom elektronik. Länge var Lars Hultmans område nitrider, föreningar mellan metaller och kväve. Han testade olika metaller och såg hur atomerna organiserade sig själva i spontana mönster. De kunde forma nanometerstora schackrutor, prickar eller nålar. En gång blev mönstret en labyrint.

– “Wow”, känner man då! Jag studerade det okända och hittade ett annat okänt. Något av det viktigaste i vårt arbete är att öppna dörrarna mot vilka nya material som över huvud taget kan finnas, säger Lars Hultman.

De nya materialen används i stor skala bland annat som hårda ytbeläggningar på verktyg i industrin, i datorers integrerade kretsar och i lysdioder.

Nytt anslag drivkraft för att prova svårare saker

2011 fick Lars Hultman anslaget som Wallenberg Scholar av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Det gjorde att han vågade sig på nya utmaningar. Han tog paus från nitriderna och gick över till mer komplexa karbider och oxider, föreningar mellan metaller och kol eller syre, som var svårare att framställa och studera.

"Stiftelsen har tydligt sagt att vi är välkomna att misslyckas. Om vi inte riskerar att misslyckas, så har vi inte försökt. Det är en inspiration att höra det, säger Lars Hultman."

Hans grupp blev föregångare på området och är fortfarande en av de ledande i världen i utvecklingen av extremt tunna filmer, så kallade nanolaminat, av de nya keramerna – men nu med inskjutna atomlager av metall. De här hybridmaterialen brukar kallas för MAX-faser, där de tre bokstäverna står för tre olika atomslag i respektive lager.

När tiden som Scholar löpte mot sitt slut ansökte Lars Hultman om förlängning.

– Då räcker det ju inte att göra mer eller ens bättre av samma. Man måste göra något nytt. Så jag tänkte ”vad ska vi nu ta oss an som är ännu svårare än förut…?”

Svaret blev: borider. Föreningar av metaller och bor beskriver Lars Hultman som än mer av en vit fläck på materialforskningens karta. När man utvecklar ett material finns ofta hjälp att få av fasdiagram och tabeller över egenskaper som säger hur det troligen kommer att bli. Men för de ämneskombinationer som Lars Hultman arbetar med i dag finns nästan inga data att snegla på. Därför behövde forskarna i hans grupp teoretiskt studera hur olika metaller skulle reagera med boratomer. Utfallet blev i flera fall helt oväntat och kunde överföras till experiment där nya borider skapades för första gången.

– Det är en glädje att få upptäcka inte bara ett utan en handfull helt nya material som också visar sig ha unika fysikaliska egenskaper.

Nya instrument och metoder behöver konstrueras

För att forskarna ska kunna förstå de nyskapade materialen krävs helt nya analysinstrument. Lars Hultmans forskargrupp arbetar därför med att förstärka och specialisera sitt materiallabb och reser ofta till andra lärosäten eller forskningsinstitut för att låna kompletterande utrustning där. Metodutveckling är en annan viktig del av arbetet. Bland annat har gruppen skapat nya tekniker för elektronmikroskopi, och superdatorstödda beräknings- och simuleringsmodeller.

– Vi vill också prova att öka antalet grundämnen som ska reagera med varandra. Det kan handla om tre, fyra eller fem olika metaller blandade med bor, kväve, syre och kol, eller alla på en gång. Då kan vi få fram nya material som blir ännu hårdare och står emot korrosion ännu bättre än i dag och som kan användas i alltmer krävande miljöer, som vid glödheta temperaturer, säger Lars Hultman.

Mindre administration ger tid till forskning

Sedan några år tillbaka är Lars Hultman också VD för Stiftelsen för strategisk forskning, ett heltidsjobb som sköts i Stockholm. I anställningen ingår att han får fortsätta att forska.

– Forskningen går riktigt hyggligt. Jag tror att det beror på att jag inte längre hindras av administrativa bördor på institutionen. Jag har dragit ner på antalet doktorander och satsar mer på post-docs och gästforskare.

Det är de här senaste åren som Lars Hultman har börjat få artiklar publicerade i några av de vetenskapliga tidskrifter som har allra störst genomslag: Nature Communications och Nature Materials. Han funderar på hur det kommer sig att artiklar börjar bli antagna dit just nu.

– Det är nog en kombination av att ha forskat så länge, och att vi skördar frukterna av det materialvetenskapliga labb vi har byggt i Linköping. Men jag har också börjat tänka mer på hur och för vem jag skriver, vilket intresse personer på andra fält kan ha av våra upptäckter. Jag försöker hitta en vidare kontext och ett narrativ där även detaljerna väcker intresse. Det går helt enkelt inte att beskriva ett nytt material på bättre sätt.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström