Bilaglag Nickelater: En ny klasse af højtemperatur-superledere

Superledningens begrænsninger

Elektricitet har været en af de mest transformerende teknologier i historien, idet den muliggør overførsel af en meget nyttig energiform over lange afstande. Men hvert “normalt” elektrisk system møder elektrisk modstand, hvilket resulterer i varmeudvikling, når en elektrisk strøm påføres.

Et alternativ findes: de såkaldte superledende materialer. Superledende materialer har nul elektrisk modstand, hvilket gør det muligt at anvende ekstremt kraftige strømme uden at generere varme.

Uden superledning ville mange moderne teknologier ikke være mulige, herunder partikelacceleratorer (for eksempel CERN), MR-scannere og maglev-tog.

Superledning vil være en afgørende komponent i de mest lovende megaprojekter og teknologisk innovation, såsom ITER og kernefusion, massedriver, kvantecomputere, osv.

Strømlinjer uden tab kunne også være afgørende for udviklingen af ultralange netforbindelser, som hjælper med at udjævne produktionen af vedvarende energi over vejrforhold og tidszoner, og løser nogle af begrænsningerne ved sol- og vindenergi.

Kilde: XOT Metals

Dog er superledning indtil nu kun mestret for materialer, der udviser den ved ultralave temperaturer, kun få grader over det absolutte nulpunkt. Eller ved ekstremt højt tryk.

Dette gør den ikke kun for kompleks for alle undtagen de mest krævende anvendelser (maglev, MR, osv.), men også meget dyr, hvilket gør den økonomisk urentabel for mange anvendelser, der kunne drage fordel af superledende materiale eller enhver storstilet brug.

Mange veje til superledning

Det ser nu ud til, at materialet fremstillet under højt tryk måske kan bevare noget af sin superledning ved lavere tryk, gennem en eksperimentel metode kaldet tryk‑quench‑protokol (PQP).

For nylig syntes den snoede bilag af WSe₂ (tungsten selenid) også at være en god materialekandidat til højere temperatur‑superledere.

Så efter år med langsom fremgang ser det ud til, at fysikere begynder at låse helt nye måder at skabe superledende materialer på op. Og en ny er nu tilføjet listen, med en ny familie af superledere indeholdende nikkel.

Kinesiske forskere ved Southern University of Science and Technology i Shenzhen og Tsinghua University har opdaget, at bilag‑nickelat‑superledere leder elektricitet uden modstand, langt over det absolutte nulpunkt og ved atmosfærisk tryk.¹

De offentliggjorde deres resultater i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Nature under titlen “Ambient-pressure superconductivity onset above 40 K in (La,Pr)3Ni2O7 films”.

Ikke‑så‑kold superledere

Højtemperatur‑superledning kan en dag blive en mulighed, især med det gådefulde tilfælde af LK-99 (en form for kobber‑substitueret bly‑apatit – CSLA), en ny type af superleder ved atmosfærisk tryk og stuetemperatur.

Påstanden blev straks betvivlet og kritiseret som en svindel eller målefejl, men så opdagede andre forskere, at der måske alligevel sker noget.

Men dette er ikke den eneste klasse af superledere, der kan fungere ved varmere temperaturer.

Det er for nylig blevet opdaget, at to grupper af keramik (kobber‑baserede cuprater og jern‑baserede pniktider) fungerer som ukonventionelle superledere, der opererer ved atmosfærisk tryk og ved temperaturer så høje som 150 K (–123 °C / -189 °F).

Kilde: Materials Today

Nu ser det ud til, at nickelater slutter sig til disse keramikker for at skabe et materiale, der fungerer som superledere ved højere temperaturer.

Selvom det ikke er så varmt, er det meget lettere at nå en temperatur end med de nuværende superledere. For eksempel skal de superledende magneter i ITER afkøles tæt på det absolutte nulpunkt med flydende helium, en meget energikrævende og dyr proces.

Samlet set indikerer dette, at superledere sandsynligvis vil blive meget mere almindelige på mellemlangt sigt, efterhånden som mange flere former af dem bliver opdaget og eksperimenteret med.

Superledende nickelater

Nickelate blev opdaget at have potentielle superledningsegenskaber i 2019 af Danfeng Li, en fysiker ved City University of Hong Kong, og hans kollega. I 2023 demonstrerede et andet hold nickelaters superledning ved højere temperaturer, men under højt tryk.

Kilde: Nature

Men det var i december 2024, at nickelater for første gang blev opdaget at miste modstand ved en kritisk temperatur og afvise magnetiske felter, begge stærke indikationer på superledning.

For at opnå dette resultat blev enkeltkrystallinske film af La2.85Pr0.15Ni2O7 (lanthanum‑praseodymium‑nikkel) dyrket ved hjælp af en teknik kaldet gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GOALL‑Epitaxy). Denne teknik blev udviklet af det samme forskerhold og giver flere størrelsesordener stærkere oxidation og præcision i fremstillingen af lag af materiale på atomart niveau.

Kilde: Research Gate

Avancerede analytiske metoder blev brugt til at studere den nikkel‑baserede forbindelse, herunder scanning transmission electron microscopy (STEM) billeder og røntgen‑reciprocal space mappings (RSM’er).

De afslørede fremkomsten af en tetragonal fase i nikkel‑oxidlaget, som muligvis er ansvarlig for den frie strøm af elektroner under de rette betingelser.

Forbedring af superledende materialer

Metoden, der blev brugt som en indledende test til at forbedre nickelat‑egenskaberne, kan yderligere forbedres. Dette bør føre til flere tests for yderligere at hæve temperaturen på disse superledere.

“Der er et enormt håb om, at vi en dag kan hæve den kritiske temperatur og gøre sådanne materialer mere nyttige for anvendelser.”
Danfeng Li – Physicist at the City University of Hong Kong.

Analysen indikerer, at processen, der giver nickelater superledning, er lignende den, der påvirker cuprater (lavet af kobber).

”At øge dette er en prioritet. Holdet prøver forskellige tricks for at finjustere, hvordan materialet dyrkes, og dets præcise sammensætning.”
Zhuoyu Chen – Physicist at SUSTech

Eksperimenter før teori

Det bør bemærkes, at de seneste resultater vedrørende højere temperatur‑superledere, eller endda potentielle stuetemperatur‑superledere, løber foran den teoretiske fysik på området.

Så hvorfor det virker er stadig et stort mysterium. Der findes endnu ingen fuldstændig forklaring på, hvorfor disse materialer er superledere, og endnu mindre en forudsigelsesmetode til at forudsige, hvilket materiale der kan udvise disse egenskaber.

Indtil nu har behovet for højt tryk eller hyper‑kolde betingelser alvorligt hæmmet studiet af disse materialer, da det var svært at teste noget, når superledning kun forekommer i en diamant‑anvil eller flydende helium.

Nemmere at opretholde betingelser bør give forskerne langt mere spillerum til at studere disse materialer og modificere dem.

Så dette giver masser af plads til forbedring, og en bedre forståelse af disse materialer, herunder med hjælp fra AI, bør hjælpe med at gå videre.

Det bør også få flere forskere til at arbejde inden for feltet og flere virksomheder til at tilføre FoU‑budgetter til disse projekter, hvilket fremskynder fremskridtet.

Fremtidige anvendelser

Højtemperatur‑superledere ville være et umiddelbart mirakelmateriale, hvis de blev forstået tilstrækkeligt til at kunne fremstilles i stor skala.

Den første umiddelbare effekt ville være at sænke omkostningerne ved udstyr, der allerede udnytter superledning, såsom MR, maglev‑tog, avancerede turbiner og generatorer, partikelacceleratorer, eksperimentelle fusionsreaktorer osv.

Det ville også gøre teknologi mulig, som indtil nu aldrig kunne realiseres eller var uoverkommeligt dyr på grund af de tekniske begrænsninger ved lavtemperatur‑superledere.

Dette inkluderer hyperloop‑tog, massedriver for at nå kredsløb, kommerciel kernfusion, interkontinentale netforbindelser osv. Hver af disse er en teknologi, der for altid vil ændre menneskehedens udviklingsvej.

Ledere inden for superledningsløsninger

AMSC er en virksomhed, der leverer energiløsninger til elnettet, skibe og vindenergi. Generelt jo mere strømkrævende eller massiv et system er, jo mere kræver det superledende teknologi for at undgå overophedning.

På trods af sit navn leverer ASMC ikke kun superleder‑systemer, men også for eksempel gear‑drivlinjer til vindmøller.

Virksomheden drager fordel af flere vækstdrivere, fra trenden med elektrificering og digitalisering (inklusive AI‑datacentre), men også omlokaliseringen af amerikanske produktionskapaciteter og behovet for flåder i den engelsktalende verden til at modernisere som svar på stigende geopolitisk risiko.

Kilde: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]

I segmentet for strømforsyning har AMSC oplevet en stabil stigning i ordrer. Dette blev drevet af halvlederfabrikker, der ønsker beskyttelse mod strømnetfluktuationer, hjælper nettet med at håndtere den intermitterende karakter af vedvarende energi, samt strømforsyning og kontrol på industrielle anlæg.

Kilde: American Superconductor Corporation

I vindmølle‑segmentet er AMSC primært aktiv med Electrical Control System (ECS). Historisk set var ESC et stærkt segment for virksomheden med 2 MW vindmøller, men det er gradvist faldet. AMSC sigter mod en genopretning takket være det nye 3 MW turbinedesign med særlig fokus på det indiske marked.

Kilde: American Superconductor Corporation

Til militære skibe leverer ASMC “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure”, et system til at ændre skibenes magnetiske signatur for at beskytte dem mod søminer. Dette sælges til de amerikanske, canadiske og britiske flåder, med ordrer på $75 M indtil videre.

Samlet set klarer ASMC sig bedst ved at udnytte superleder‑teknologi i niche‑applikationer, der er levedygtige i dag, mens de sandsynligvis er klar til at implementere yderligere fremskridt i fremtiden. Investorer bør også bemærke, at aktien har oplevet ekstrem volatilitet i fortiden, og beregne risiciene derefter.

Seneste om American Superconductor Corporation

Studie Reference:

^{1.Zhou, G., Lv, W., Wang, H. et al.(2025) Ambienttryk‑superledning starter over 40 K i (La,Pr)3Ni2O7 Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-z}