I fokus för Johanna Roséns forskning finns så kallade 2D-material. Det är material som kan göras så tunna att de består av ett eller några få atomlager staplade på varandra. Eftersom de är så tunna betraktas de som tvådimensionella och får unika egenskaper som god ledningsförmåga, hög hållfasthet och värmetålighet.

Grafen är ett av de mer kända exemplen av 2D-material där upptäckten av det år 2004 gav en rejäl skjuts till forskningsområdet.

Den grupp av material som Johanna Rosén arbetat mest med bygger på olika föreningar mellan kol och metallkarbider. Målet är att ständigt förbättra tillverkningsmetoderna men när en av kemikalierna byttes ut inför ett försök blev resultatet ett misslyckande.

– I stället för det 2D-material vi vill skapa fick vi något som går att likna vid platt spaghetti, ungefär som pastasorten tagliatelle. När vi sedan analyserade det så insåg vi att det bland annat kan bryta ned antibiotikarester i avloppsvatten.

Det nya materialet visade sig vara en form av titanoxid som också hade förmågan att katalysera kemiska reaktioner samt blockera UVA och UVB-ljus.

– Sedan dess har vi följt upp experimentet och nått fram till ett mer hållbart tillverkningssätt. Nu lägger vi allt krut på att hitta ytterligare sätt att ge det fler egenskaper och användningsområden.

Hon betonar dock att hennes forskning inte alltid har målet att leda till konkreta tillämpningar utan att skapa nya verktyg för framtida behov.

– För mig handlar det om att vara redo om någon till exempel skulle behöva en yta som fångar in koldioxid eller ett material till en ny sorts batterielektrod. I en perfekt värld ska vi då ha utvecklat rätt verktyg för det.

Från ax till limpa

Johanna Roséns forskning spänner från ax till limpa: först görs omfattande datorsimuleringar av nya material, som sedan tillverkas och analyseras, för att till sist testas.

– Vi har arbetat med datorsimuleringar de senaste femton åren och byggt upp en gedigen kunskap om vad som fungerar och inte. Dessutom arbetar vi alltid tillsammans, experimentalister sida vid sida med teoretiker, allt för att skapa en ständig loop av feedback.

Vi behöver hitta fler sätt att sprida det vi gör, särskilt till unga. Fler måste förstå hur viktigt det är med naturvetenskapliga ämnen för att vi tillsammans ska kunna jobba mot ett förbättrat klimat.

Hon uppmuntrar sina gruppmedlemmar att ta del av varandras arbete och gärna ta ett kliv över gränsen mellan forskningsfälten. Forskare som har insikt i båda fälten har större chans att lyckas, menar hon.

– Rätt ofta blir vi kontaktade av andra som vill att vi ska bidra teoretiskt. Men inte alla förstår vilken lång tid som krävs för att utreda frågeställningar kring nya material. Därför uppmanar jag mina medarbetare att skaffa sig kunskap inom både teori och experiment.

Ny teknik leder vägen

Fem minuters promenad från Johanna Roséns arbetsplats i Fysikhuset vid Linköpings universitet finns Ångströmhuset. Den futuristiska byggnaden rymmer ett svepelektronmikroskop som gör det möjligt att undersöka ett materials struktur ner på atomnivå. Mikroskopet installerades 2011 och ska snart bytas ut mot ett mer avancerat.

– Svepelektronmikroskopet är en förutsättning för att vi ska kunna göra vår forskning.

Det nya mikroskopet erbjuder avsevärt förbättrad upplösning och kan i vissa avseenden mäta sig med instrument vid synkrotronljusanläggningen MAX IV. Nya detektorer öppnar för parallella mätningar av struktur och kemi med hög hastighet och hög upplösning.

Den nya tekniken kan bidra till att öka hastigheten i forskningen, inte minst när forskarna dessutom tar hjälp av AI.

– Det finns vissa flaskhalsar i vårt arbete där AI kan göra nytta. Särskilt för att vi ska bli snabbare i att hitta mönster under våra simuleringar. Kanske kan det leda till att vi inte behöver göra 100 000 simuleringar för att nå ett resultat utan kan klara oss med färre.

Men det räcker inte att forskningen går snabbare, betonar hon, resultaten måste också nå ut.

Bättre spridning av framstegen

Johanna Rosén beskriver sig själv som någon som älskar att ha många olika bollar i luften. Därför är det kanske inte så förvånande att ett av hennes projekt handlar om forskningskommunikation.

– Under en tid så funderade jag väldigt mycket kring hur vi kommunicerar forskning och forskningsframsteg till allmänheten. Inspirationen tror jag kom från mina barns tankar kring klimathotet.

Även om forskare lyckas hitta lösningar för en mer hållbar utveckling så måste de också nå fram till beslutsfattarna, betonar hon. Först när resultaten får en bredare spridning så blir det möjligt för fler att känna hopp.

– Klimatarbetet är något vi måste göra tillsammans men det är inte möjligt om människor får en felaktig bild och ger upp i förtid.

Därför har hon startat ett projekt tillsammans med beteendevetaren Daniel Västfjäll. Hon beskriver det som ”a match made in heaven”.

– Vi delar samma mål: att hitta sätt att kommunicera framsteg inom materialvetenskap som också leder till en större användning av nya material och tekniker. Om vi kan hitta bättre sätt att nå fram så kan det bidra till en mer hållbar utveckling, säger Johanna Rosén.

Text Magnus Trogen Pahlén
Foto Magnus Bergström