– Mikroskopet är avgörande för att vi ska kunna hålla oss i den internationella forskningsfronten. Att veta exakt var grundämnena sitter hjälper oss att begripa hur material fungerar, konstaterar Hultman.
Mikroskopet som väger 2,5 ton och är 3,7 meter högt är ett transmissionselektronmikroskop. Vid invigningen, i oktober 2011, var det ett av Europas kraftfullaste mikroskop. Det har en upplösning på mindre än 0,7 Å, vilket på ett ungefär motsvarar halva avståndet mellan två atomer i en kiselkristall.
Med känsel som en alv
Mikroskopet är specialdesignat för att syna nya metaller, keramer och halvledarmaterial ner på atomnivå.
– Vi har döpt mikroskopet till Arwen efter en alv i Tolkiens trilogi om ringen, berättar Lars Hultman, professor i tunnfilmsfysik.
Anknytningen till alver är passande eftersom de anses var de mest begåvade varelserna i Tolkiens värld. De har ett annat perspektiv på världen och besitter både skarpare syn och hörsel än någon annan varelse.
– Mikroskopet är också väldigt känsligt för låga frekvenser som billjud, berättar Lars Hultman.
Inköpet av mikroskopet blev möjligt tack vara en donation på 46 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse 2008. Ångströmhuset, som rymmer mikroskopet har i sin tur Linköpings universitet finansierat. Själva byggnaden är unik. Huset som ligger lite för sig själv men ändå på campus utmärker sig. Byggnadens form och fasaden som är klädd i titan, för tankarna till en tippad sockerkaksform med hål i mitten.
Inga felkällor
Mikroskopet står i ett specialdesignat rum med lutande väggar för att förhindra att det uppstår eko, utanför glasväggarna finns ett kontrollrum som påminner om det på Månbas Alpha.
– Det är viktigt att eliminera alla tänkbara felkällor. Det får inte förekomma några vibrationer, temperaturen måste vara jämn och det får inte uppstå några luftströmmar när man analyserar prov. Vi har tre skalskydd i metall för att hindra störande magnetfält, berättar Lars Hultman.
Eftersom mikroskopets slutartid är så lång som en sekund är stabilitet direkt avgörande för resultaten. För att få en stabil grund står mikroskopet på ett fundament som är fastspänt i en avsågad sprickfri bergsknalle.
Känsligheten hos mikroskopet är så hög att en människa som befinner sig i närheten kan störa känsliga mätningar genom sitt ferromagnetiska blod, därför fjärrstyrs det från kontrollrummet.
Så fungerar det
Från en ”kanon” i mikroskopets topp avfyras en energirik elektronstråle. Längre ned sitter en rad elektromagnetiska linser som fokuserar strålen till en liten punkt där elektronerna – accelererade till en fart nära ljusets - träffar provet. Vid provet sitter en röntgendetektor som registrerar vilka atomslag som ingår. Längst ner finns en spektrometer som mäter hur mycket energi elektronerna tappar på vägen genom provet, data som avslöjar de kemiska bindningarna. Därigenom får forskarna veta i princip allt om sina material – i minsta tänkbara skala.
I byggnaden finns också en jonförtunnare som forskarna använder för att göra tjocka prov tunnare.
I fikarummet hänger en vepa med rubriken ”Unveiling the secrets of matter”
– Det är det vi försöker göra, säger Lars Hultman med ett leende. Mikroskopet ger oss möjlighet att studera material på nanonivå för att sedan skapa nya. Överallt finns ytor som kräver sina speciella materialegenskaper, som skärverktyg, kullager, kemiska sensorer, solceller, kirurgiska implantat, lysdioder och dataminnen. Forskningen och utvecklingen gör att efterfrågan och tillämpningarna på nya material kommer att bli allt större och fler i framtiden.
Text Carina Dahlberg
Bild Magnus Bergström