Materialvitenskap
Er romtemperatur‑superledere i det hele tatt mulige? QMUL sier ja
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Begrensninger for superledning
Electricity has been one of the most transformative technologies in history, allowing for the transmission of a very useful form of energy over long distances. But every “normal” electric system faces electric resistance, which results in the generation of heat when an electric current is applied.
Et alternativ finnes: de såkalte superledende materialene. Superledende materialer har null elektrisk motstand, noe som gjør det mulig å bruke ekstremt kraftige strømmer uten å generere varme.
Uten superledning ville mange moderne teknologier ikke vært mulige, inkludert partikkelakseleratorer (for eksempel CERN), MR, og maglev‑tog.
Superledning vil være en avgjørende komponent i de mest lovende megaprosjektene og teknologiske innovasjonene, som ITER og kjernefysisk fusjon, massedrivere, kvantedatamaskiner, osv.
Strømlinjer uten tap kan også være avgjørende for å utvikle ultra‑lange nettforbindelser som hjelper til med å dempe produksjonen fra fornybare kilder over værforhold og tidssoner, og løser noen av begrensningene ved sol‑ og vindkraft.
Kilde: XOT Metals
Imidlertid har superledning så langt kun blitt mestret for materialer som viser det ved ekstremt lave temperaturer, knapt noen få grader over absolutt null. Eller ekstremt høyt trykk. Eller begge deler.
Dette gjør det ikke bare for komplekst for alle unntatt de mest krevende anvendelsene (maglev, MR osv.), men også svært kostbart, noe som gjør det økonomisk uholdbart for mange bruksområder som kunne dra nytte av superledende materiale eller stor‑skala bruk.
Mange veier til superledning
Det ser nå ut til at materialet som produseres under høyt trykk kan beholde noe av sin superledning ved lavere trykk gjennom en eksperimentell metode kalt trykk‑avkjølingsprotokoll (PQP).
Nylig fremsto den vridde bilag av WSe₂ (tungsten selenid) som en god materialkandidat for høyere temperatur‑superledere også.
En annen ny klasse av potensielle superledere, bilag‑nickelater, kan også ha blitt lagt til listen i år også.
Problemet med å finne nye materialer som er superledere ved høyere temperaturer er at vi egentlig ikke forstår hvordan det fungerer. Dette er enda mer sant for høy‑temperatur‑ eller romtemperatur‑superledning. En periode ble det antatt at det var helt umulig.
Deretter dukket det gåtefulle tilfellet LK-99 (en form for kobber‑substituert bly‑apatitt – CSLA), potensielt en ny type superleder ved atmosfærisk trykk og romtemperatur. Påstanden ble umiddelbart bestridt og kritisert som en svindel eller målefeil, men senere oppdaget andre forskere at det kanskje faktisk foregikk noe.
Ny fremgang innen teoretisk fysikk, gjort av forskere ved QMUL (Queen Mary University of London), University of Cambridge og Intellectual Ventures, kan kaste lys over hvordan romtemperatur‑superledere likevel kan være mulige.
De publiserte sine resultater1 i Journal of Physics: Condensed Matter, under tittelen “Øvre grenser for den høyeste fononfrekvensen og superledende temperatur fra fundamentale fysiske konstanter”.
Forståelse av TC grensen
Hvert superledende materiale defineres av en verdi kalt TC (Kritisk temperatur). For de fleste materialer med superledende egenskaper er TC knapt noen få grader over absolutt null.
Imidlertid fortsatte denne nye forskningen med å utforske hva som ville være de teoretiske grensene for TC.
En slik grense bestemmes av fundamentale krefter og konstanter i universet, som elektronmasse, elektronladning og Plancks konstant.
Dette arbeidet viser at disse konstantene “setter en øvre grense for frekvensen til fononer i kondenserte materiefaser, eller hvor raskt et atom kan vibrere i disse fasene”. Dette, i sin tur, bestemmer det nedre og øvre området for mulig TC ettersom fononer formidler hvilken superledende temperatur som kan oppnås.
Øvre og nedre grenser for TC
Matematikken og partikkelfysikken som brukes for å bestemme hvilken TC som er mulig eller ikke, er ganske kompleks og utenfor rekkevidden til ikke‑spesialister. Bare for å gi et eksempel fra den vitenskapelige artikkelen selv i innledningen:
«I våre tetthetsfunksjonsteori‑beregninger (DFT) bruker vi lignende metoder som i vårt tidligere papir. Dette inkluderer bruk av Perdew–Burke–Ernzerhof utvekslings‑korrelasjonsfunksjon, en energigrense på 1200 eV og et k‑punkt‑gitter med avstand 2π×0,025 Å⁻¹ for å prøve ut den elektroniske Brillouin‑sonen.»
For å holde det enkelt, undersøker modellen utviklet av forskerne hvor høy oscillasjonsfrekvensen til et atom kan være i faste stoffer eller væsker.
Dette ville sette den øvre grensen for superledningens TC til 100 til 1 000°K, eller -173,15 til 726°C / -279 til 1340°F. Dette ville i teorien gjøre superledning fullt gjennomførbart ved romtemperatur.
Det plasserer romtemperatur fast i det mulige området hvor superledning er mulig, og endrer radikalt vår tidligere oppfatning av at romtemperatur‑superledning var en teoretisk umulighet.
Dypere forståelse av universet
Resultatene har allerede blitt uavhengig bekreftet i en separat studie, som bekrefter at denne mer detaljerte teoretiske analysen sannsynligvis samsvarer med fysisk virkelighet.
Dette bør sterkt stimulere feltet for superledningforskning, ettersom det nå finnes en teoretisk ramme som bedre forklarer hvorfor romtemperatur‑superledere er mulige.
“Denne oppdagelsen forteller oss at romtemperatur‑superledning ikke blir utelukket av fundamentale konstanter. Den gir håp til forskere: drømmen er fortsatt levende.”
Professor Pickard – Physics Professor at the University of Cambridge
En slik dypere forståelse av hvordan kondensert materie oppfører seg på partikkelnivå bør også gi resultater i andre felt, som materialvitenskap, elektronikk eller plasmafysikk.
Fremtidige anvendelser
Romtemperatur‑superledere ville være et umiddelbart mirakelmateriale dersom de forstås godt nok til å kunne produseres i stor skala.
Den første umiddelbare effekten ville være å redusere kostnadene for utstyr som allerede utnytter superledning, som MR, magnetiske levitasjonstog, avanserte turbiner og generatorer, partikkelakseleratorer, eksperimentelle fusjonsreaktorer osv.
Det ville også gjøre mulig teknologi som hittil enten aldri kunne realiseres eller var for kostbar på grunn av de tekniske begrensningene ved lavtemperatur‑superledere.
Dette inkluderer hyperloop‑tog, massedrivere for å nå bane, kommersielle kjernefysiske fusjonsprosjekter, interkontinentale nettforbindelser osv. Hver av disse er en teknologi som vil for alltid endre menneskehetens utviklingsvei.
Ledende innen superledningsløsninger
AMSC Prisdiagram
AMSC er et selskap som leverer energiløsninger for strømnettet, skip og vindenergi. Generelt, jo mer kraftkrevende eller massiv et system er, desto mer krever det superledende teknologi for å unngå overoppheting.
Til tross for navnet leverer ASMC ikke bare superleder‑systemer, men også for eksempel girdrivverk for vindmøller.
Selskapet drar nytte av flere vekstdrivere, fra trenden med elektrifisering og digitalisering (inkludert AI‑datasentre), men også tilbakeflytting av amerikanske produksjonskapasiteter og behovet for at marine i den engelsktalende verden moderniserer seg som svar på økende geopolitiske risikoer.
I strømforsyningssegmentet har AMSC sett en jevn økning i bestillinger. Dette ble drevet av halvlederfabrikker som ønsker beskyttelse mot strømnettfluktuasjoner, som hjelper nettet med å håndtere den intermitterende naturen til fornybare energikilder, samt strømforsyning og kontroll på industrielle anlegg.
I vindturbinsegmentet er AMSC hovedsakelig aktiv med Electrical Control System (ECS). Historisk sett var ESC et sterkt segment for selskapet med 2 MW‑vindturbiner, men det har gradvis avtatt. AMSC satser på en oppsving takket være den nye 3 MW‑turbindesignet, med spesielt fokus på det indiske markedet.
Kilde: American Superconductor Corporation
For militære skip leverer ASMC «AMSCs høytemperatur‑superleder‑magnetiske minnekontremåling», et system som endrer skipenes magnetiske signatur for å beskytte dem mot sjøminer. Dette selges til USAs, Canadas og Storbritannias marine, med bestillinger på 75 millioner dollar så langt.
Generelt gjør ASMC det best med å utnytte superledende teknologi i nisjeapplikasjoner som er levedyktige i dag, mens de sannsynligvis er klare til å implementere ytterligere fremskritt i fremtiden. Investorer bør også merke seg at aksjen har opplevd ekstrem volatilitet tidligere, og de bør beregne risikoen deretter.
Siste om American Superconductor Corporation
Studier referert:
1. K Trachenko, B Monserrat, M Hutcheon and Chris J Pickard.(2025) Øvre grenser for den høyeste fononfrekvensen og superledende temperatur fra fundamentale fysiske konstanter. Journal of Physics: Condensed Matter. 37165401. 13. mars 2025. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/adbc39
