LK-99-superlederen ville være et stort skridt frem for computing og vores forståelse af materialvidenskab

De fleste teknologiske fremskridt er beskedne i deres karakter, langsomt bygget på tidligere generationer.  Dog er der indimellem et gennembrud inden for materialvidenskab, som resulterer i ikke et skridt, men et spring fremad.  Hvis et hold af forskere i Korea har ret i deres seneste resultater om superledere, kan de have givet verden et af disse gennembrud.

Som det ser ud nu, hævder forskerholdet at have opdaget en superleder fremstillet uden eksotiske materialer, som er stabil og funktionel ved både

• omgivende tryk
• stuetemperatur

Denne superleder, som er en modificeret bly‑apatitstruktur, kaldes i øjeblikket ‘LK-99’.  I deres papir udtaler holdet,

“For første gang i verden rapporterer vi succes med at syntetisere en superleder ved stuetemperatur og omgivende tryk med en kemisk tilgang for at løse temperatur‑ og trykproblemet. Vi navngav den første superleder ved stuetemperatur og omgivende tryk LK-99.”

Nedenfor giver vi et kort overblik over, hvad en superleder er, og hvad det betyder fremadrettet.

Hvad er superledere?

Før vi ser på, hvorfor superledere er så eftertragtede, skal vi først forstå, hvad de egentlig er.  I den forbindelse er superledere materialer, der kan lede elektricitet eller transportere elektroner fra et atom til et andet uden modstand.  Det betyder, at elektrisk strøm kan flyde gennem materialet uden noget energitab.  Ved at kunne muliggøre nul‑tab elektricitetsoverførsler tillader superledere ekstremt effektive energisystemer.

Interessant nok er superledning et kvantemekanisk fænomen, der typisk forekommer i udvalgte materialer og kun inden for et snævert parameterområde.  Oftest ved ekstremt lave temperaturer, der nærmer sig det absolutte nul (-273,15 grader Celsius eller -459,67 grader Fahrenheit).

Bemærkelsesværdigt stopper de unikke egenskaber ved superledere ikke kun ved effektiv energioverførsel.  De omfatter også stærke magnetfelter, hvilket gør dem uvurderlige for anvendelser som magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) i hospitaler og maglev‑tog (magnetisk levitation).

YouTube-kanalen Techquickie forklarer dette godt i et tidligere afsnit af ‘Fast as Possible’.

I øjeblikket findes der to bredt accepterede typer af superledere.  Disse omfatter,

1. Type‑I superledere: Disse materialer udviser superledning ved meget lave temperaturer og under svage magnetfelter.  De er typisk rene metaller som aluminium, kviksølv og bly.
2. Type‑II superledere: Disse er normalt metalliske forbindelser eller legeringer, der udviser superledning ved relativt højere temperaturer og under høje magnetfelter.  Eksempler inkluderer niobium‑tin (Nb3Sn) og yttrium‑barium‑kobberoxid (YBCO).

Vigtigt er, at temperaturer er relative.  Det betyder, at selvom Type‑II superledere er kendt som højtemperaturvarianter, er dette i forhold til Type‑I.  Faktisk kræver de stadig temperaturer, der er alt for lave til at være praktiske i dagligdags anvendelser.

Hvorfor er en superleder ved stuetemperatur og omgivende tryk så eftertragtet?

Opdagelsen af en superleder ved stuetemperatur og omgivende tryk ville have dybtgående konsekvenser for teknologi og videnskab som helhed.  Her er nogle potentielle anvendelser og påvirkninger.

1. Strømoverførsel: Superledere kan føre elektrisk strøm uden tab på grund af modstand.  Dette ville gøre strømoverførsel ekstremt effektiv, potentielt revolutionere vores elnet og reducere energispild.
2. Magnetisk levitation (Maglev) tog: Med superledere ved stuetemperatur ville konstruktion og drift af maglev‑tog blive meget mere praktisk og omkostningseffektiv.  Disse tog kunne køre med meget høje hastigheder med minimal energiforbrug.
3. Medicinsk teknologi: Højkvalitets, mere effektive MRI‑maskiner og andre medicinske billeddannelsesenheder kunne udvikles, da de er afhængige af superledende magneter.
4. Kvantecomputing: Superledere er allerede centrale for visse typer af kvantecomputere (som dem bygget af IBM og Google), men disse skal i øjeblikket køles til ekstremt lave temperaturer.  Superledere ved stuetemperatur ville gøre kvantecomputere mere praktiske og potentielt accelerere udviklingen af denne kraftfulde nye teknologi.
5. Energilagring: Superledere kan bruges til at skabe højkapacitets, effektive energilagringssystemer, kendt som superledende magnetisk energilagring (SMES) systemer.  Disse kunne spille en væsentlig rolle i en fremtid med vedvarende energi.
6. Videnskabelig forskning: Mange videnskabelige instrumenter og eksperimenter (for eksempel inden for partikel­fysik) kunne gøres mere effektive og lettere at udføre med superledere ved stuetemperatur.

Essentielt vil enhver maskine, enhed eller proces, der er afhængig af elektricitet eller hæmmes af friktion, drage enorm fordel både funktionelt og i forhold til effektivitet.

Opdagelsen af en superleder ved stuetemperatur og omgivende tryk er på ingen måde en ‘flashy’ videnskabelig opdagelse.  Dette ændrer dog ikke betydningen af en sådan opdagelse og kræver, at man faktisk tænker over, hvordan den potentielt kan ændre vores verden.

Områder der vil blive omvæltet af LK-99

Som nævnt ovenfor er der utallige felter, der vil drage fordel af en sådan superleder.  Holdet bag LK-99 understreger dette og siger,

LK-99 er et meget nyttigt materiale til studiet af superledningens gåder ved stuetemperatur. Alle beviser og forklaringer peger på, at LK-99 er den første superleder ved stuetemperatur og omgivende tryk. LK-99 har mange muligheder for forskellige anvendelser såsom magnet, motor, kabel, levitationstog, strømkabel, qubit til en kvantecomputer, THz‑antenner osv. Vi tror, at vores nye udvikling vil være en helt ny historisk begivenhed, der åbner en ny æra for menneskeheden.

Selvom der er et væld af videnskabelige felter og industrier, der ville blive omvæltet med adgang til en superleder ved stuetemperatur og omgivende tryk, er der potentielt ét, der vil drage mest fordel af – computing.

Computing – uanset om det refererer til Bitcoin‑mining, smartphones, dataservere osv. – vil i høj grad drage fordel af øget miniaturisering, energieffektivitet og behandlingshastigheder.  Uanset om det er gennem reduceret varmeudvikling, lavere latenstid eller noget helt andet, har superledere potentialet til at indlede den sande næste generation af computere.

Skepsis udbredt omkring LK-99

HVIS holdet af forskere bag det ovenfor diskuterede papir har ret i deres fund omkring LK-99, vil de resulterende fordele for mennesker være enorme.  Der er dog en betydelig stjerne, der hænger over deres fund – en mangel på fagfællebedømmelse.

I betragtning af at forskere over hele verden har søgt efter en superleder ved omgivende tryk og stuetemperatur i årtier, er der naturligvis en sund mængde skepsis omkring de fremsatte påstande.  For at denne skepsis skal aftage, skal holdets fund genskabes på en kontrolleret og gentagelig måde.  Vigtigheden af fagfællebedømmelsesprocessen er flerfoldig, herunder,

1. Kvalitetskontrol: Den mest umiddelbare funktion af fagfællebedømmelse er at sikre kvaliteten af de artikler, der offentliggøres i videnskabelige tidsskrifter.  Anmelderne evaluerer kritisk en undersøgelses metodik, statistik og præsentation af resultater for at sikre, at konklusionerne understøttes af data.
2. Validering af forskningen: Fagfælleanmelderne validerer forskningsmetodikken og resultaterne.  De fastslår, om forskningsmetoderne er passende og er blevet anvendt korrekt.  De bekræfter også, at resultaterne er afledt af dataene, og at dataene er fortolket korrekt.
3. Uetisk praksis: Fagfællebedømmelse hjælper med at forhindre plagiering, datafalsificering og andre uetiske praksisser i videnskabelig forskning.  Anmelderne har til opgave at opdage mistænkelige mønstre eller uoverensstemmelser, der kan tyde på sådanne overtrædelser.
4. Standardisering: Ved at håndhæve standard videnskabelige konventioner og forventninger fremmer fagfællebedømmelse konsistens og sammenhæng inden for et videnskabeligt felt.
5. Troværdighed: Fagfællebedømmelse tilføjer troværdighed til et forskningspapir.  Andre forskere, såvel som offentligheden, betragter ofte fagfællebedømt arbejde som mere pålideligt, fordi det har gennemgået denne form for granskning.

Hvert af disse punkter er vigtigt, fordi de samlet set muliggør en verificerbar fremdrift inden for videnskaben.  Fagfællebedømte værker giver forskere over hele verden et grundlag, som deres næste eksperiment eller opfindelse kan bygges på.

Det er dog også vigtigt at bemærke, at fagfællebedømmelsesprocessen ikke er perfekt og har sine begrænsninger.  Den kan nogle gange overse større fejl eller svindel, og der kan forekomme bias i processen.  På trods af sine potentielle mangler er fagfællebedømmelse i øjeblikket det bedste værktøj, vi har til at opretholde kvaliteten og integriteten af videnskabelig litteratur.

Hvis det bevises sandt

Ideen om LK-99 er en lokkende en, der skal bevises sand.  Heldigvis bør det ikke tage lang tid, før dette er tilfældet, og på grund af de potentielle anvendelser af et sådant materiale er der allerede forskere fra hele verden, der arbejder på netop dette.  Hvis alt bekræftes, vil der uden tvivl være en enorm interesse for at udnytte LK-99 til virkelige anvendelser og forbedre, hvad det kan tilbyde.