När Hans-Olof Andrén 1971 startade sina doktorandstudier fanns redan fältjonmikroskopet som metod för att avbilda atomer. Han tog itu med att bygga en efterföljare, som fortfarande är i bruk.
Fältjonmikroskopet är en sinnrik anordning som fungerar genom att man tillverkar en vass nål av det material som ska granskas närmare, omger det med en ädelgas och utsätter nålen för ett starkt elektriskt fält. På så sätt kan man få positiva joner av ädelgasen att skjutas iväg mot en skärm. Skärmen ger då en bild av hur atomerna sitter i spetsen. Hans-Olof Andrén hörde talas om idéer för en utveckling av metoden och hans doktorandarbete kom att bestå i att bygga den nya apparaten - atomsonden. Den får också själva atomerna att släppa från spetsen, genom att anlägga ännu starkare elektriskt fält, och i skärmen finns ett hål. Genom hålet tar sig atomen till en detektor. Tiden det tar från spetsen till detektorn hjälper till att lista ut atomens massa. På så sätt får man veta vilken slags atom det rör sig om.
Ett nålformigt prov analyseras atom för atom i atomsonden
En av materialvetenskapens uppgifter är att analysera material på atomär nivå och med hjälp av atomsonden går det alltså att se vilka atomer ett material består av. I Hans-Olof Andréns grupp har man arbetat mycket med stål, hårdmetall och legeringar av olika slag, även om atomsonden egentligen kan klara av vilket elektriskt ledande material som helst.
- Det området är ingalunda färdigutforskat, trots att man i Sverige sysslat så länge med stålframställning. Som exempel kan nämnas att Sandvik tar fram eller förbättrar 200 stålsorter per år. Förr handlade det mycket om att pröva sig fram till olika sammansättningar. Idag försöker vi förstå mer vetenskapligt hur en mikrostruktur skapas, och hur egenskaperna påverkas av olika mikrostrukturer och sammansättningar.
I stål vill man helst kombinera egenskaperna segt och starkt och det experimenteras med olika legeringstillsatser. Ibland behöver materialet också kunna valsas, vilket ställer extra höga krav på att det ska vara segt så att det inte uppstår bristningar eller brott. En legering är aldrig helt homogen.
I metaller bildar atomerna små kristaller, så kallade korn, och det är ofta vid deras gränser som risken för brott finns. Ett fall som Hans-Olof Andrén och hans kollegor fick handlade om tillsatsen av bor i en stålsort. Någon hade kommit på att bor ökade segheten. Men samtidigt började man misstänka att det gav materialet sämre korrosionsegenskaper. Det blev alltså mer benäget att rosta. Vad det egentligen är som sker kunde bara undersökas med atomsond och elektronmikroskopi. Efter analys visade det sig att bor visserligen stärkte korngränserna men att där samtidigt bildades borider och materialet därför reagerade i vissa miljöer med att rosta.
Hans-Olof Andrén har flera intressanta projekt igång samtidigt. Utmaningar inom området finns det gott om. En av dem, där redan doktorander klarat av ett par delar, handlar om att utveckla stål i kolkraftverk så att de tål högre ångtemperatur och därmed får högre verkningsgrad. Ett annat handlar om svetsmaterial, som man alltid vill ha så segt som möjligt. Samtidigt måste det vara starkt, eftersom svetsfogarna ibland utsätts för extrema belastningar.
- Svetsprojektet är ett bra exempel på hur man inom materialvetenskapen använder en massa olika metoder och apparater för att lösa problem. Där har doktoranden arbetat med både svepelektronmikroskop, transmissionselektronmikroskop, optiskt mikroskop och atomsond. Ett svepelektronmikroskop visar väldigt bra hur ytan på till exempel ett brott ser ut. Dessutom har vi samarbetat med fysiker som konstruerat matematiska modeller.
En stor utmaning där arbetet börjat så smått är att kunna förutsäga långtidsförlopp av vad som händer i ett material på ett mer dynamiskt sätt. Ytterligare samarbete med fysiker som gör atomistiska modelleringar, samt termodynamisk modellering kombinerat med de metoder som materialanalytiker använder, skulle på några års sikt innebära en reell chans att lyckas med detta, tror Hans-Olof Andrén. Dessutom skulle man säkert få idéer om utveckling av material och även helt nya material.
Har man byggt en atomsond så har man rätt att vara stolt. En viss fallenhet för nya apparater är väl också förståelig. Även om atomsonden är "still going strong" så har den i sin tur fått en efterföljare. Den nya generationen klarar även av att ge en tredimensionell bild av hur atomerna sitter. Och snart finns ett exemplar på Chalmers. Men den här gången behöver den inte byggas av en doktorand.
- Den kommer i februari, meddelar en påtagligt nöjd professor.
Intervjun gjordes 2001 av Sofie Hebrandför skriften Ny kunskap.