Nyheder fra Institut for Kemi og Biovidenskab

Matematisk model førte til ny opdagelse inden for glasvidenskaben

Matematisk model førte til ny opdagelse inden for glasvidenskaben

Et usædvanligt samarbejde mellem kemikere og matematikere på AAU om at løse en gammel problemstilling inden for forskning i glas har resulteret i opdagelsen af skjulte mønstre i glasmaterialernes atomare struktur. Det spændende resultat er netop publiceret i Science Advances.

Lagt online: 11.09.2020

Tekst og foto: Jeannette Bylov, AAU Kommunikation

Glas bliver brugt i rigtig mange af de produkter, vi omgiver os med i dagligdagen. Alligevel er glas som materiale på visse måder stadig lidt af et mysterium for forskere verden over. Et nyt og unikt samarbejde på tværs af disciplinerne kemi og matematik på Aalborg Universitet har nu resulteret i, at sløret er blevet løftet for en af glasforskningens gåder ved hjælp af en matematisk model.

De to materialekemikere fra Institut for Kemi og Biovidenskab - professor MSO Morten Mattrup Smedskjær og ph.d.-studerende Søren Strandskov Sørensen - arbejdede med at finde en metode til at kunne identificere flere strukturer i glasmaterialer for på sigt at kunne designe materialer med skræddersyede egenskaber.

En bedre forståelse af glasmaterialers struktur vil kunne danne grundlag for udviklingen af nye typer glas i fremtiden - eksempelvis glas, der er mere brudsikkert end de eksisterende glastyper. Men viden om kemien i glasmaterialer kunne ikke gøre det alene.

Matematisk model viste vejen
 

Det var derfor lidt af en gave, da lektor Lisbeth Fajstrup og lektor Christophe A. N. Biscio fra Institut for Matematiske Fag på AAU kontaktede Morten Mattrup Smedskjær for at præsentere en ny matematisk model, som de to matematikere kunne se potentialer i at teste i et samarbejde omkring glasstrukturer.      

- Umiddelbart har det været et usædvanligt samarbejde på tværs af discipliner. Det har momentvis givet udfordringer i at forstå hinanden, men det har ført til nogle spændende konklusioner, som vi ikke havde kunnet opnå uden at bruge matematikernes metoder. Med hjælp fra dem har vi opdaget ellers skjulte mønstre i atomernes struktur i glasmaterialerne. Det har hjulpet til at afklare en meget gammel problemstilling inden for glasstruktur, udtaler professor MSO Morten Mattrup Smedskjær.

Lisbeth Fajstrup og Christophe A. N. Biscio har undervejs i projektet givet glasforskerne redskaber til at forstå, hvordan den matematiske metode virker, og hvordan man kan tolke bedst muligt på resultaterne.

- Matematikken har leveret analyserne, og vi har leveret datasættene. Ved at sætte denne matematiske metode i spil har vi fået nogle redskaber til at kunne forstå den struktur, vi ikke har kunnet forstå tidligere. Det har givet os mulighed for at finde hidtil oversete dele af den komplicerede glasstruktur. Næste skridt bliver at finde ud af, hvordan vi bedst udnytter den nye viden i vores videre forskning, udtaler ph.d.-studerende Søren Strandskov Sørensen fra Institut for Kemi og Biovidenskab.    

Også på Institut for Matematiske Fag er der tilfredshed med de muligheder, forskningssamarbejdet har givet.

- Forskning må aldrig være kortsigtet; det fine ved dette projekt er ikke så meget publikationen som de muligheder, det åbner for samarbejde og opdagelser fremover, udtaler lektor Christophe A. N. Biscio.

Videndeling på tværs af fag og forskning


Den matematiske metode og model, der er brugt i forbindelse med forskningsprojektet, er en del af området Topologisk Data Analyse. Lektor Lisbeth Fajstrup har været med til at grundlægge et andet område inden for Anvendt Algebraisk Topologi og har på matematikkonferencer fulgt udviklingen af Topologisk Data Analyse

- Topologisk Data Analyse har enormt mange aspekter og nye ideer, så jeg besluttede at ”bringe det hjem” til AAU. I første omgang tog statistikerne bolden op og har lavet grundforskning i området. Der har ansættelsen af Christophe været helt central. At vi nu også har givet ny matematik til kemikerne og dermed ny indsigt i glas, er utroligt glædeligt, udtaler lektor Lisbeth Fajstrup fra Institut for Matematiske Fag.

Lisbeth Fajstrup og Christophe A. N. Biscio synes begge, det har været lærerigt at opdage, hvilke dele af det store matematiske område der har været brug for at præsentere for deres to samarbejdspartnere:

- Der er begreber, som er vanskelige og kræver, at jeg tænker mig om for at finde en forklaring, der er brugbar, ikke kræver læsning af tykke matematikbøger og ikke mindst giver den rette intuition, som anvendere af matematik skal bruge for at vide, hvordan det kan bringes i spil, forklarer hun.

Det er ikke kun kemikerne, der har lært noget af forskningssamarbejdet med andre fagspecialister. Lisbeth Fajstrup synes også, det har været interessant at få indblik i kemikernes forskningsfelt.

- Jeg vidste ikke, at der findes så mange strukturer, der kan kaldes glas. Morten og Søren har været rigtig gode til at forklare det, jeg ikke har forstået. Jeg kan forestille mig, de har haft samme overvejelser, som jeg har: Hvordan forklarer man den slags til en matematiker?, udtaler Lisbeth Fajstrup.

Videnskabelig artikel i Science Advances
 

De fire forskere har allerede nu ideer til nye fællesprojekter. Forskernes resultater, som også involverede et samarbejde med lektor Mathieu Bauchy fra UCLA i USA, er netop blevet publiceret i Science Advances.

Alle nyheder fra Bio