Eliteforskpris til Kristian Sommer Thygesen

De seneste 15 år har forskning i nye materialer været igennem en rivende udvikling. Den startede, da to engelske forskere i 2004 lykkedes med at isolere det kun ét atom tynde materiale grafen. Teoretisk havde man længe vidst, at det fandtes, men det forblev ubrugeligt, indtil det blev isoleret.

Det samme gør sig gældende, når man ser på de materialer, som professor Kristian Sommer Thygesen fra DTU Fysik arbejder med. Han arbejder med de flere tusind andre atomtynde – og derfor todimensionelle - materialer, som er kommet til sidenhen. Han har gennem de seneste år opbygget verdens mest omfangsrige bibliotek over todimensionelle materialer. I skrivende stund i omegnen af 4000.

Det er en af årsagerne til, at han den 28. februar modtager Eliteforskprisen. I indstillingen fremhæves også, at Kristian Sommer Thygesen har publiceret mere end 150 videnskabelige artikler, er citeret af andre forskere 8000 gange og har modtaget en lang række bevillinger, bl.a. et ERC Consolidator Grant i 2018. Prisen er på 1,2 millioner kroner. De 200.000 kr. gives som en personlig hæderspris, mens en million går til forskningen.

Hypotetiske materialer

Mange af de materialer, Kristian Sommer Thygesen arbejder med, findes ikke. De er hypotetiske, ligesom grafen var det indtil 2004, og eksisterer kun i computeren. Men omkring 1000 af dem, vurderer han, vil kunne fremstilles og kan måske finde anvendelse inden for områder som elektronik, batterier og solceller, i katalyse til fremstilling af bæredygtig energi og i komponenter, som kan bruges i kvantecomputere.

”Tingene er vendt lidt på hovedet de sidste 15 år. Tidligere rendte teoretiske fysikere som mig rundt efter dem, der opfandt nye materialer, og prøvede at forstå, hvorfor de virkede, som de gjorde. Nu er vi mere ligeværdige, fordi vi har mulighed for at studere materialer, der slet ikke findes endnu, og på forhånd sandsynliggøre, hvad de vil kunne bruges til,” siger Kristian Sommer Thygesen.

Det kræver meget stor computerkraft at udregne kvantemekaniske egenskaber i tusindvis af materialer, og derfor er det også på en af DTU’s supercomputere, Niflheim, at beregningerne bliver udført. Man tager udgangspunkt i allerede kendt todimensionelt materiale og ’erstatter’ ét atom med et lignende fra det periodiske system. Resultatet er tusindvis af potentielle strukturer. Dernæst beregner man stabiliteten af disse nye materialer, altså om de på nogen måde kan eksistere i den virkelige verden. Kan de det, så beregner man materialernes termodynamiske, elastiske, elektroniske og optiske egenskaber.

Endelig kan man se på, hvilke materialer, der med fordel kan sættes sammen. Ved at stable todimensionelle materialer kan man nemlig potentielt styre egenskaber som evnen til at lede strøm eller lys. Og den viden kan være guld værd for en forsker, som for eksempel prøver at udvikle bøjelige, gennemsigtige eller mere effektive solceller.

”Computerne er blevet så hurtige og metoderne så nøjagtige, at vi i computeren kan regne på disse materialers egenskaber med en nøjagtighed, som er sammenlignelig med den, man kan opnå i et laboratorium. Og vi kan vel at mærke gøre det meget hurtigere. Det er en kæmpe fordel og et stort skridt fremad, for det betyder, at de forskere, som skal lave de nye teknologier, kan spare meget tid og udelukkende fokusere på de materialer, som potentielt kan bruges til noget,” siger Kristian Sommer Thygesen.