Kavliprisen innen nanovitenskap til fire pionerer
De har gitt oss skarpere syn. Både Hubble-teleskopet og elektronmikroskoper er blitt bedre på grunn av arbeidet deres.
Knut Urban, Ondrej Krivanek, Max Haider og Harald Rose er tildelt Kavliprisen innen nanovitenskap for 2020. Prisen får de for sitt arbeid med såkalt aberrasjonskorrigert transmisjonselektronmikroskopi (TEM).
Andrew Fabian. Foto: DNVA
Arbeidet til de fire har bidratt til at vi kan få mer nøyaktige elektronmikroskop.
Vinnerne av Kavliprisen 2020 ble kunngjort av Vitenskapskademiet onsdag 27. mai. Kavliprisen deles ut til fremragende forskere i nanovitenskap, astrofysikk og nevrovitenskap; det minste, det største og det mest komplekse. Prisene består av en gullmedalje, et diplom og en million amerikanske dollar for hvert fagfelt. Den er et samarbeid mellom Det Norske Videnskaps-Akademi, Kavlistiftelsen og Kunnskapsdepartementet.
- Prisen i astrofysikk går til Andrew Fabian for hans banebrytende arbeid innenfor røntgenastronomi. Dette er studiet av røntgenstråling fra verdensrommet.
- Prisen innenfor nevrovitenskap går til David Julius og Ardem Patapoutian for oppdagelsen av reseptorer for trykk og temperatur.
David Julius. Foto: DNVA
På grunn av den noe spesielle situasjonen, blir det ikke noe Kavli-arrangement hverken i år eller i 2021. Isteden blir flere vinnere hedret i 2022. De kommer til NTNU i Trondheim onsdag 7. september 2022, og det blir forelesninger og middag i Erkebispegården dagen etter.
Teknologien gir skarpere bilder
Vinnerne i nanovitenskap får prisen for å ha realisert såkalt sub-Ångstrøm avbildning og kjemisk analyse i transmisjonselektronmikroskopi (TEM) ved hjelp av aberrasjonskorreksjon.
Ardem Patapoutian. Foto: DNVA
Sfærisk aberrasjon er et fenomen som gjør at linser ikke kan fokusere lyset helt perfekt. Elektronmikroskop bruker elektromagnetiske linser istedenfor glasslinser for å kontrollere elektronstrålene som brukes for å se med.
Prisvinnerne har korrigert disse elektromagnestiske linsene for sfæriske aberrasjoner slik at elektronstrålene kan kontrolleres med større nøyaktighet. Denne teknologien brukes også i det berømte Hubbleteleskopet.
Mye av arbeidet fra Rose, Haider, Krivanek og Urban ble utført i 1990-årene. Da utviklet de teori, bygde prototyper og fikk resultater. Korrigerende teknologi ble til å begynne med ettermontert på eksisterende mikroskoper. Den ble tilgjengelig på kommersielle instrumenter noen år senere.
Disse bildene viser forbedringer ved aberrasjonskorrigert scanning TEM. Bilde a) er ukorrigert, mens bilde b) er korrigert. I 2011 bidro disse bildene til å overbevise Forskningsrådet om at Norge trengte nye, korrigerte mikroskop. Foto: Calin Marioara og Chris Boothroyd (2010)
Hva betyr det?
Et transmisjonselektronmikroskop brukes til å studere materialer med veldig høy forstørrelse, på nanometerskala. Vi kan da finne og forstå sammenhenger mellom hvordan materialene er bygd opp på atomnivå og egenskaper deres, som styrke, effektivitet og virkningsgrad.
Med et aberrasjonskorrigert TEM kan vi forstørre flere millioner ganger og avbilde atomstrukturer, grenseflater, gitterfeil og annet med oppløsning som er mye mindre enn atomer.
Hvis vi forstørrer en håndball så mye, vil den bli like stor som hele jordkloden. Et hårstrå er cirka 70 mikrometer. Koronaviruset er 1000 ganger mindre. Forstørrer vi enda 1000 ganger til kan vi se atomer.
TEM i Norge og Trondheim
Norges første aberrasjonskorrigerte TEM-er kom til Trondheim og Oslo i 2012 som en del av den nasjonale infrastrukturen NORTEM. Denne er finansiert av Norges forskningsråd gjennom INFRASTRUKTUR-programmet. NORTEM har tre partnere (NTNU, SINTEF og UiO), med to noder i Trondheim og Oslo.
Å forstå materialer på nanonivå kan bidra i det grønne skiftet og gi økt bærekraft i Norge og verden for øvrig. TEM bidrar innen fagfelt som fysikk, kjemi, materialteknologi, geologi, medisin og nanoteknologi.
TEM Geminisenteret i Trondheim har blant annet jobbet med bedre aluminiumslegeringer, batterier, solceller, lysdioder basert på materialet grafén, foruten magnetiske materialer og komplekse oksider som er viktig for å utvikle ny elektronikk og forstå fundamental fysikk.
Professor Randi Holmestad leder TEM Geminisenteret. Hun har skrevet en blogg om prisvinnerne innen nanovitenskap som store deler av denne saken er basert på. Den bloggen finner du her.
