2D materialer undersøkt med heliumatomspredning

To-dimensjonale (2D) materialer er de tynneste materialene som er mulig å lage, med tykkelse helt ned til ett atom. For å undersøke de iboende fysiske egenskapene til slike materialer kreves særs egnede eksperimentelle teknikker. I denne avhandlinga blir heliumatomspredning brukt for å demonstrere hvordan 2D materialer blir stivere både når de varmes opp og når de får større massetetthet. I tillegg blir teknikken benyttet for å påvise et spesielt fenomen i amorfe 2D materialer.

Heliumatomspredning er en nyttig teknikk for å undersøke overflater og 2D materialer fordi heliumatomene ikke har noen penetrasjonsdybde. Det vil si at de ikke trenger inn i materialene, men blir spredd av overflaten. Dette gjør det mulig å måle overflatedynamikk og diffraksjon i lavenergiområdet til prøver av de tynneste materialene mennesker kan lage. Deler av arbeidet i avhandlingen sammenlikner dynamikkmålingene med beregninger utført ved hjelp av molekyldynamikk. Grafen er et av 2D materialene undersøkt i denne avhandlingen. Både eksperimentelle målinger og beregninger viser at når temperaturen til grafen øker, øker også bøyestivheten.

Amorfe materialer er, ulik krystallinske, preget av uorden. Mens atomene som utgjør krystallinske materialer sitter i periodiske gitter, er atomene i amorfe materialer plassert mer tilfeldig med ulik distanse mellom atomene. Dette gjør at amorfe materialer innehar andre egenskaper enn krystallinske. Et eksempel på en slik egenskap er den unormale bosontoppen i tilstandstettheten og varmekapasiteten til glass og andre amorfe materialer. Ved hjelp av heliumatomspredning har en slik bosontopp for første gang blitt påvist i et 2D glass, to-lags silika, i arbeidet med denne avhandlingen.

Arbeidet er gjennomført som en del av et Fripro-prosjekt støttet av Forskningsrådet.

Personalia

Martin Tømterud (f. 1996) vokste opp i Ringebu. Han har bachelor- og mastergrad i fysikk fra NTNU i Trondheim. Siden høsten 2021 har han arbeidet som doktorgradsstipendiat i nanofysikkgruppa ved Universitetet i Bergen. Deler av stipendiatperioden har blitt tilbrakt ved Donostia International Physics Centre (DIPC), i Donostia-San Sebastián. Hovedveileder har vært Professor Bodil Holst (UiB). Biveileder har vært Joseph R. Manson (Clemson University, DIPC).