Etikettarkiv: MAX IV

MAX IV – unik infrastruktur på plats

Marcus Agåker, Uppsala universitet, projektledare för Veritas. Foto: Jens C Hilner
Marcus Agåker, Uppsala universitet, projektledare för Veritas. Foto: Jens C Hilner

MAX IV är Sveriges största satsning på forskningsinfrastruktur. Infrastrukturen, med det nya strålröret Veritas, står öppen för världens forskare.

Synkrotronljuslaboratoriet MAX IV är Sveriges hittills största satsning på forskningsinfrastruktur. Bland annat erbjuder laboratoriet forskning genom resonant inelastisk röntgenspridning, även kallad mjukröntgenspridning eller RIXS. Tekniken används främst till att förstå materialegensaker på atom- och molekylnivå och är användbar för studier inom fysik, kemi, biologi, medicin och mycket mer.
De experimentella möjligheterna här går inte att hitta på andra ställen i världen, enligt Marcus Agåker, projektledare för Veritas på Uppsala universitet.
– Till exempel finns möjligheten att studera vätskor och gaser med hög spektroskopisk upplösning, eller möjligheten att följa tidsutvecklingen i material på nanosekunds-nivå till makroskopisk tid, säger han.
Infrastrukturen erbjuder testmiljöer vid 16 strål(ljus)rör vid tre acceleratorer, däribland strålröret Veritas. Lunds universitet står värd för laboratoriet och merparten av tekniken för Veritas har utvecklats på Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet.
– Vid Veritas har man inom ett SSF-finansierat projekt utvecklat nya typer av experimentmiljöer för RIXS-mätningar, som nu erbjuds forskarsamhället. Dessa provmiljöer har även gjorts så att vi kan flytta experimenten mellan olika strålrör, säger Marcus.
Hans kollega Conny Såthe är strålrörsansvarig på MAX IV. Han utvecklar:
– Röntgenfotoner kan beskrivas med tre egenskaper: energi, riktning och polarisation. Medan tidigare strålrör av den här typen bara kunnat undersöka förändringar i fotonernas energi, kan vi nu undersöka alla tre – vad som händer med energi, riktning och polarisation i spridningen av röntgenljuset i det undersökta provet.

Brett spektrum av möjligheter
Ett antal projekt har redan beviljats stråltid under våren 2022 för sina mätningar. Bland annat en grupp från Oxford som tittar på batterimaterial i olika grader av uppladdning och urladdning. En annan grupp från Stockholm undersöker hur vattenmolekylen interagerar med sig själv och sin omgivning i olika extrema förhållanden, i både vätskeform och i olika is-strukturer. En tredje grupp från Brasilien studerar järnbaserade högtemperatursupraledare.
– Nu strömmar det in innovativa experimentidéer från hela världen, och det är en utmaning för MAX IV att sålla fram de mest angelägna förslagen, säger Conny.

Klicka här för att läsa mer om Veritas vid MAX IV

MAX IV – Strålröret Veritas

MAX IV är Sveriges hittills största satsning på forskningsinfrastruktur för forskning på bland annat materialvetenskap och materialteknologier. Veritas är ett av strålrören i laboratoriet och är unikt i sitt slag. Utvecklingen av experimentmiljöer vid Veritas är finansierad av bland annat SFF och utförd vid Ångströmlaboratoriet i Uppsala.

maxiv.lu.se

De visar hur material formas – live

Med deras nya forskningsplattform kan olika materials formationsprocesser studeras på atomnivå. Justus Just, till höger, och Matteo Ciambezi ser fram emot den första körningen i skarpt läge. På bilden saknas Eva Unger. Foto: Jan Nordén
Med deras nya forskningsplattform kan olika materials formationsprocesser studeras på atomnivå. Justus Just, till höger, och Matteo Ciambezi ser fram emot den första körningen i skarpt läge. På bilden saknas Eva Unger. Foto: Jan Nordén

Världens starkaste synkro­tronljusanläggning, MAX IV, finns i Lund. Nu utökas de experimentella möjligheterna med en anläggning som möjliggör forskning på själva tillverkningen av material (från så kallade funktionella bläck) som används exempelvis i solceller, LED-teknik, röntgen-detektorer och lasrar. Detta gör det möjligt att tillverka material och apparater med högre effektivitet och mindre miljöpåverkan.

– Med in-FORM utvecklar vi en forskningsplattform som använder de unika funktionerna hos MAX IV och gör dem tillgängliga för de som vill forska på olika materials egenskaper under deras uppbyggnadsprocess. Det intresserar redan forskargrupper och avancerad tillverkningsindustri, säger Eva Unger, projektkoordinator, universitetslektor i Kemisk Fysik och Nano Lund vid Lunds universitet samt forskargruppledare vid Helmholtz-Zentrum Berlin i Tyskland.

Studerar ”bläckblandning”
Mycket enkelt uttryckt har Eva Unger, Justus Just, projektledare, och Matteo Ciambezi, postdoktor skapat en småskalig ”beskiktnings”-maskin. Närmare bestämt en slot-die coater, där funktionella material som kan processas från lösningar (bläck) kan appliceras. Medan bläckblandningen pressas ut på ett rullande, temperatursatt band kan materialens tillväxtprocess undersökas med synkotronljuset hos MAX IV:s Balder-stråle (beamline).
– Unikt för vår lösning är att vi kan observera och analysera materialets förändringar på flera olika sätt. I andra fall tvingas man till kompromisser eftersom en mätanordning som är perfekt för en form av observation inte klarar av en annan observationsform lika bra samtidigt. Med in-FORM får vi högsta kvalitet på mätningar baserad på röntgenljus i realtid: materialens struktur från röntgendiffraktion, materialens sammansättning från röntgenabsorption eller röntgen­emission, materialens bandgap från röntgeninducerad luminescens eller optisk spektroskopi, konstaterar Justus Just.

Oväntat förväntat
Slot-die-coatern i in-FORM-systemet, opererar inne i en låda med 0,6 kubikmeters volym där atmosfären kan kontrolleras. Den fjärrmanövreras från kontrollstationen vid experimenten. Innan sommaren kommer de första experiment där materials omvandling undersöks under tillverkningsprocessen att testas skarpt i in-FORM. De första material som undersöks är så kallade perovskithalvledare som används för högeffektiva solceller, av bland annat forskaren Eva Unger och hennes forskargrupp.
– Vi förväntar oss att kunna iaktta förändringar i egenskaper hos materialet som man tidigare inte kunnat studera. Det tenderar att vara så när forskningsvärlden får tillgång till ny, kraftfull teknik. Det vi vet är att vi kommer att få fram väldigt, väldigt mycket data att analysera. Sammantaget blir det ett viktigt bidrag till vår forskning och kan öppna för nya, energieffektivare och miljövänligare material och produkter, säger Eva Unger.
in-FORM är stationär vid MAX IV. Den kommer att vara bokningsbar och ett team på plats kommer att säkra att de som vill använda den i framtiden får ut det mesta möjliga av sina tester. Oavsett om det handlar om forskare från akademin eller industrin.

Exakta mätningar
Matteo Ciambezi understryker maskinens mångsidighet och extrema precision. I princip kan vilket material som helst analyseras. Och det kan göras ner på strukturnivå. Man kan se hur och på grund av vilken påverkan materialstrukturen förändras.
– Vi kan göra många mätningar samtidigt, på samma punkt, och därmed få en exakt förståelse för processerna i materialet vi analyserar. För att tillverka exempelvis elektroder till batterier är det helt central kunskap, förklarar Matteo Ciambezi.
Arbetet med in-FORM och infrastrukturen runt den har pågått i snart tre år. Det kan indelas i tre olika delar:
• Konstruktion/instrumentering för rätt funktion och flexibel integration med MAX IV.
• Metoder för realtidsanalys av funktionella material med multipla tekniker.
• Analysverktyg för live feedback till tekniker och forskare.

Fungerande teknik
Den in-FORM slot-die coater som inom kort testas är den mest sofistikerade av denna instrumenttyp, eftersom dess funktion och system möjliggör observationer av hur material formas i realtid. På plats på MAX IV öppnar den forskningsmöjligheter som inte finns på någon annan plats på jorden. Den ökar tillgängligheten till världens kraftfullaste synkotronljuskälla och utökar samtidigt dess användningsområden.
– Det första testet med Balder-strålen görs för att testa vår konstruktion i skarpt läge, men vi kommer självklart att ta vara på alla data vi får under den körningen. Dessutom är våra lösningar skalbara. Vi har fått lösa många problem för att komma dit vi är idag. Med den skarpa körningen når vi en första, viktig milstolpe i utvecklingen av de nya experimentella möjligheterna. Det känns stort och är det också, avslutar Justus Just.

in-FORM-maskinen. På bilden ses bläckblandningen appliceras på det rörliga bandet.
in-FORM-maskinen. På bilden ses bläckblandningen appliceras på det rörliga bandet.
MAX IV – in-FORM
  • Plattform för granskning av materials formationsprocesser på atomnivå
  • Multipla, högkvalitativa observationsformer samtidigt
  • Stationär vid MAXI IV i Lund
  • Blir tillgänglig för akademisk och industriell forskning

maxiv.lu.se
just.science/in-form/

Verklighetsnära studier av proteiner

Kajsa Sigfridsson Clauss, strålrörsforskare vid MAX IV-laboratoriet i Lund. Foto: Jan Nordén
Kajsa Sigfridsson Clauss, strålrörsforskare vid MAX IV-laboratoriet i Lund. Foto: Jan Nordén

MAX IV invigdes 2016 och är en av världens ljusstarkaste synkrotronljusanläggningar. Här finns metoder för spjutspetsforskning på proteiner som kan leda till utvecklingen av framtidens läkemedel och material.

Kajsa Sigfridsson Clauss är strålrörsforskare vid MAX IV-laboratoriet i Lund. Hon leder ett team av forskare som utvecklar en provmiljö för studier av proteiner under realistiska förhållanden (AdaptoCell).
– Strålrören utgör experimentstationer dit forskare från hela världen kan vända sig med sina vetenskapliga frågeställningar. Vi guidar grupper under hela processen fram till lyckade experiment.
MAX IV har 16 strålrör med olika röntgentekniker, varav tre samarbetar i detta projekt: Balder, CoSAXS samt MicroMAX. Tillsammans bygger de en plattform för avancerade studier av proteiner på detaljnivå.
– Vi erbjuder tillgång till en rad olika tekniker, allt beroende på vilka aspekter av proteinerna som forskare vill studera.

Provmiljö för forskare
För att bättre förstå proteiners samverkan och funktion i celler behöver forskare kunna studera proteinerna i en miljö så nära cellens naturliga förhållanden som möjligt. Genom att studera proteinerna i flytande form (i kontrast till frusen form) är det möjligt att få en mer verklighetsnära kunskap om vad som faktiskt sker i cellerna.
– Vi utvecklar nu en så kallad Adapto­Cell, det vill säga mikrofluidik-baserade flödesceller för proteiner, som kan placeras och integreras vid strålrören och där anpassas till varje specifik röntgenmetod. Det är ett effektivt sätt att dels skydda de känsliga proteinerna som annars lätt tar skada av röntgenstrålen, dels en möjlighet för integrering av ytterligare analyser (à la lab-on-a-chip).
Det pågår många dynamiska utvecklings- och forskningsprojekt vid MAX IV och Kajsa Sigfridsson Clauss ser flera tillämpningsområden.
– Med Adaptocellen erbjuder vi en basprovmiljö för forskare som vill studera komplexa proteiner i lösning och hur de interagerar med varandra eller utför enzymatiska reaktioner.
Att studera och lära sig om kopplingen mellan struktur och funktionen hos enzymer och proteiner kan påverka design av både nya läkemedel och nya sätt att producera energi och bränsle. Förutom proteiner kan flödescellerna även användas för andra flytande prover inom exempelvis materialforskning.

MAX IV – AdaptoCell

Lunds universitet är värduniversitet för MAX IV, en av världens ljusstarkaste synkrotronljusanläggningar.
Forskningsprojektet Adaptopcell för användare på MAX IV finansieras av Stiftelsen för Strategisk Forskning och bedrivs på tre strålrör: Balder, CoSAXS och MicroMAX.

E-post: kajsa.sigfridsson_clauss@maxiv.lu.se
www.maxiv.lu.se