Materialvitenskap
Bilaglagte Nikkelater: En ny klasse av høytemperatur-superledere
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Begrensninger for superledning
Elektrisitet har vært en av de mest transformative teknologiene i historien, og gjør det mulig å overføre en svært nyttig energiform over lange avstander. Men hvert «normalt» elektrisk system møter elektrisk motstand, noe som fører til varmeutvikling når en elektrisk strøm påføres.
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 megaprojektene og teknologisk innovasjon, som ITER og kjernefysisk fusjon, massedriver, kvantedatamaskiner, osv.
Elektriske kraftlinjer uten tap kan også være avgjørende for å utvikle ultra‑lange nettforbindelser som hjelper med å dempe produksjonen av fornybar energi over værforhold og tidssoner, og løser noen av begrensningene ved sol- og vindkraft.
Kilde: XOT Metals
Imidlertid har superledning hittil kun blitt mestret for materialer som viser den ved ekstremt lave temperaturer, knapt noen få grader over absolutt null. Eller ved ekstremt høyt trykk.
Dette gjør den ikke bare for kompleks for alle unntatt de mest krevende anvendelsene (maglev, MR osv.), men også svært kostbar, noe som gjør den økonomisk ugunstig for mange bruksområder som kunne ha nytte av superledende materiale eller noen stor‑skala bruk.
Mange veier til superledning
Det ser nå ut til at materialet produsert under høyt trykk kan beholde noe av sin superledning ved lavere trykk, gjennom en eksperimentell metode kalt trykk‑avkjølingsprotokoll (PQP).
Nylig fremsto det vridde bilaget av WSe₂ (tungsten selenid) som en god materialkandidat for høyere temperatur‑superledere også.
Så etter år med langsom fremgang ser det ut til at fysikere begynner å låse opp helt nye måter å lage superledende materialer på. Og en ny er nå lagt til listen, med en ny familie av superledere som inneholder nikkel.
Kinesiske forskere ved Southern University of Science and Technology i Shenzhen og Tsinghua University har oppdaget at bilaglagte nikkelat‑superledere leder elektrisitet uten motstand, langt over absolutt null og ved atmosfærisk trykk.1
De publiserte sine resultater i det prestisjetunge vitenskapelige tidsskriftet Nature, under tittelen «Oppstart av superledning ved atmosfærisk trykk over 40 K i (La,Pr)3Ni2O7‑filmer».
Ikke‑så‑kalde superledere
Høy‑temperatur‑superledning kan en dag bli et alternativ, spesielt med det gåtefulle tilfellet LK-99 (en form for kobber‑erstattet bly‑apatitt – CSLA), en ny type superleder ved atmosfærisk trykk og romtemperatur.
Påstanden ble umiddelbart bestridt og kritisert som en svindel eller målefeil, men oppdaget andre forskere at det kanskje faktisk skjer noe.
Men dette er ikke den eneste klassen av superledere som kan fungere ved varmere temperaturer.
Det har nylig blitt oppdaget at to grupper av keramikk (kobber‑baserte cuprater og jern‑baserte pniktider) fungerer som ukonvensjonelle superledere som opererer ved romtrykk og ved temperaturer så høye som 150 K (–123 °C / –189 °F).
Kilde: Materials Today
Nå ser det ut til at nikkelater slutter seg til disse keramikkene for å skape et materiale som fungerer som superledere ved høyere temperaturer.
Selv om det ikke er så varmt, er det mye enklere å nå en temperatur enn med dagens superledere. For eksempel vil de superledende magnetene i ITER måtte kjøles ned nær absolutt null med flytende helium, en svært energikrevende og kostbar prosedyre.
Alt i alt indikerer dette at superledere sannsynligvis vil bli mye mer vanlige på mellomlang sikt, ettersom mange flere former av dem blir oppdaget og eksperimentert med.
Superledende nikkelater
Nikkelat ble oppdaget å ha potensielle superledningsegenskaper i 2019 av Danfeng Li, en fysiker ved City University of Hong Kong, og hans kollega. I 2023 demonstrerte et annet team nikkelaters superledning ved høyere temperaturer, men under høyt trykk.
Kilde: Nature
Men det var i desember 2024 at nikkelater for første gang ble oppdaget å miste motstand ved en kritisk temperatur og avvise magnetfelt, begge sterke indikasjoner på superledning.
For å oppnå dette resultatet ble enkeltkrystallfilmer av La2.85Pr0.15Ni2O7 (lanthan‑praseodym‑nikkel) dyrket ved hjelp av en teknikk kalt gigantisk‑oksidativ atomlag‑for‑lag epitaksi (GOALL‑Epitaxy). Denne teknikken ble utviklet av samme forskerteam og gir flere størrelsesordener sterkere oksidasjon og presisjon i produksjon av materiallag på atomnivå.
Kilde: Research Gate
Avanserte analytiske metoder ble brukt for å studere den nikkelbaserte forbindelsen, inkludert skannende transmisjonselektronmikroskopi (STEM)-bilder og røntgen‑rekiprokromkart (RSM).
De avdekket fremkomsten av en tetragonal fase i nikkeloksidlaget, som kan være ansvarlig for den frie flyten av elektroner under riktige forhold.
Forbedring av superledende materialer
Metoden som ble brukt som en foreløpig test for å forbedre nikkelat‑egenskapene kan forbedres ytterligere. Dette bør føre til flere tester for å ytterligere øke temperaturen til disse superlederne.
“Det er et stort håp om at vi til slutt kan heve den kritiske temperaturen og gjøre slike materialer mer nyttige for anvendelser.” Danfeng Li – fysiker ved City University of Hong Kong.
Analysen indikerer at prosessen som gir nikkelater superledning er lik den som påvirker cupratene (laget av kobber).
”Å øke dette er en prioritet. Teamet prøver ulike triks for å finjustere hvordan materialet dyrkes og dets presise sammensetning.” Zhuoyu Chen – fysiker ved SUSTech
Eksperimenter før teori
Det bør bemerkes at de nylige resultatene angående høyere temperatur‑superledere, eller til og med potensielle romtemperatur‑superledere, ligger foran den teoretiske fysikken på feltet.
Så, hvorfor det fungerer er fortsatt et stort mysterium. Det finnes ennå ingen fullstendig forklaring på hvorfor disse materialene er superledere, og enda mindre en prediktiv metode for å forutsi hvilket materiale som kan vise disse egenskapene.
Inntil nå har behovet for høytrykk‑ eller hyper‑kaldt forhold alvorlig hemmet studiet av disse materialene, da det var vanskelig å teste noe når superledning kun skjer i en diamant‑anvil eller flytende helium.
Enklere å opprettholde forholdene bør gi forskerne mye mer spillerom til å studere disse materialene og modifisere dem.
Dette gir dermed rikelig med rom for forbedring, og en bedre forståelse av disse materialene, inkludert med hjelp av AI, bør bidra til videre fremgang.
Det bør også tiltrekke flere forskere til feltet og flere selskaper som investerer FoU‑budsjett i disse prosjektene, og dermed akselerere fremdriften.
Fremtidige anvendelser
Høy‑temperatur‑superledere ville være et umiddelbart mirakelmateriale dersom de forstås godt nok for masseproduksjon.
Den første umiddelbare effekten ville være å redusere kostnadene for utstyr som allerede utnytter superledning, som MR, maglev‑tog, avanserte turbiner og generatorer, partikkelakseleratorer, eksperimentelle fusjonsreaktorer osv.
Det ville også muliggjøre teknologi som hittil aldri kunne realiseres eller var for kostbar på grunn av de tekniske begrensningene ved lavtemperatur‑superledere.
Dette inkluderer hyperloop‑tog, massedriver for å nå bane, kommersiell kjernefysisk fusjon, interkontinentale nettforbindelser osv. Hver av disse er en teknologi som vil for alltid endre menneskehetens utviklingsvei.
Ledende innen superledningløsninger
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 superledningsteknologi for å unngå overoppheting.
Til tross for navnet leverer ASMC ikke bare superledningssystemer, men også for eksempel girdrivverk for vindmøller.
Selskapet drar nytte av flere vekstdrivere, fra trenden med elektrifisering og digitalisering (inkludert AI‑datasentre), men også omplassering av amerikanske produksjonskapasiteter og behovet for at marine i den engelsktalende verden moderniserer seg som svar på økende geopolitiske risikoer.
Kilde: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]
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 intermittente naturen til fornybar energi, samt strømforsyning og kontroll på industrielle anlegg.
I vindmøllesegmentet er AMSC mest aktiv med Electrical Control System (ECS). Historisk sett var ESC et sterkt segment for selskapet med 2 MW vindmøller, men det har gradvis gått ned. AMSC sikter mot en oppsving takket være den nye 3 MW turbinnedesignet, med spesielt fokus på det indiske markedet.
Kilde: American Superconductor Corporation
For militære skip leverer ASMC «AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure», et system som endrer skipenes magnetiske signatur for å beskytte dem mot havminer. Dette selges til USA‑, Canada‑ og Storbritannia‑marinen, med bestillinger på 75 millioner dollar så langt.
Alt i alt gjør ASMC det best ved å utnytte superledningsteknologi 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 beregne risikoene deretter.
Siste nytt om American Superconductor Corporation
Studierreferanse:
1.Zhou, G., Lv, W., Wang, H. et al.(2025) Oppstart av superledning ved atmosfærisk trykk over 40 K i (La,Pr)3Ni2O7 Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-z
