Krönika: De första stegen in i kvantmaterialvärlden

2021-06-09

I framtidens teknologi kommer kvantmaterialen vara en av grundpelarna och därmed en central del av ett tekniskt kunnande i vårt samhälle. För att Sverige ska kunna ha en framträdande roll på en internationell arena måste vi ge våra ingenjörer möjlighet att få studera fysik och matematik på en hög nivå. Det skriver Mattias Klintenberg, professor vid institutionen för fysik och astronomi.

Pussel med molekyler
Kvantmaterialutvecklingen öppnar upp för tillämpningar vi tidigare inte kunnat drömma om, skriver professor Mattias Klintenberg. Foto/bild: S. Lebègue et al. Phys. Rev. X 3 (2013).

Det är nu 20 år sedan en mycket intensiv forskningsperiod i Kalifornien då jag fick möjlighet att utveckla och genomföra en ny beräkningsmodell för att identifiera material med önskade egenskaper. Systematiska kvantmekaniska beräkningar på tiotusentals material visade sig vara en lyckad strategi. Det var en tid som karakteriserades av akademisk frihet i en intensiv och pulserande forskningsmiljö. Då handlade det om material för biomedicinsk avbildningsteknik och idag handlar vår forskning även om framtidens material – kvantmaterialen.

Mattias Klintenberg, professor vid avdelning-
en för materialteori. Foto: Privat.

Låt oss börja från början och definiera material som något som är uppbyggt av materia och karakteriseras av egenskaper och struktur. Det är ofta egenskaperna vi vill åt för olika tillämpningar och tänk att en handfull atomer och lite struktur ger sådan mångfald! Vi är vana vid att egenskaperna beror på den tid- och längdskala vi upplever. Ett ståls egenskaper kan till exempel påverkas av strukturer på mikrometerskala och dynamiska processer som räknas i timmar och år.

På en atomskala tar de kvantmekaniska effekterna över och vi får egenskaper som ibland är utmanande att förstå med ett makroskopiskt tankesätt. Med kvantmaterialen tar vi med oss kvanteffekter från kvantskalan (atomnivå) upp till vår makroskopiska värld. Vi har kvanttillstånd som överlever så länge att man hinner mäta med ett vanligt armbandsur och över avstånd som mäts med tumstock.

Detta öppnar upp för tillämpningar vi tidigare inte kunnat drömma om. Sensor-, energi-, (kvant)datorteknik och biomedicinsk avbildningsteknik representerar områden där vi kan förvänta oss riktiga kvantsprång som följd av kvantmaterialutvecklingen. Kvantmaterialen kommer förmodligen att revolutionera vår teknologi i samma omfattning som halvledarmaterial gjorde en gång i tiden.

I framtidens teknologi kommer kvantmaterialen vara en av grundpelarna och därmed en central del av ett tekniskt kunnande i vårt samhälle. För att Sverige ska kunna ha en framträdande roll på en internationell arena måste vi ge våra ingenjörer möjlighet att få studera fysik och matematik på en hög nivå. Här har vårt universitet en viktig roll att fylla genom att aktivt verka för att stärka fysik och matematik inom relevanta civilingenjörsutbildningar. Grunden för framstående forskning, innovation och teknik är att vi utbildar kreativa studenter med solida grundkunskaper.

Idag tas de första stegen in i kvantmaterialvärlden, en sant fascinerande värld!

Mattias Klintenberg, professor vid avdelningen för materialteori

Bildreferens: S. Lebègue et al. Phys. Rev. X 3 (2013), DOI: https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.3.031002

Senast uppdaterad: 2021-10-22