Materialvitenskap
NUS oppdager kobberfritt materiale med høytemperatur‑superledning
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Potensialet for superledning
Elektrisitet er en av de viktigste teknologiene som menneskeheten noen gang har oppfunnet. I sin vanlige form har den alltid en viss elektrisk motstand, som genererer varme når en elektrisk strøm sirkulerer.
Dette kan medføre alvorlige begrensninger for noen anvendelser som krever svært kraftige strømmer eller magnetfelt, da det kan føre til at hele det elektriske systemet smelter ned.
Et alternativ er superledning, et fenomen der elektrisk motstand faller til null. Imidlertid, i svært lang tid, kunne det kun observeres ved ekstremt lave temperaturer, nær absolutt null (0 K), eller omtrent -273°C/-387°K.
Dette endret seg med en oppdagelse som ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1987: høytemperatursuperledere laget av kobberoksider.
Uten superledning ville mange moderne teknologier ikke vært mulige, inkludert partikkelakseleratorer (for eksempel CERN), MR‑skannere og maglev‑tog.
Superledning vil også være en avgjørende komponent i de mest lovende megaprosjektene og teknologiske innovasjonene, som ITER og kjernefysisk fusjon, massedriver, kvantedatamaskiner, osv.
Strømledninger uten tap kan også være avgjørende for å utvikle ultra‑lange nettforbindelser som hjelper til med å buffer produksjonen av fornybar energi over værforhold og tidssoner, og løser noen av begrensningene ved sol‑ og vindkraft.
Kilde: XOT Metals
Høytemperatur superledning
Foreløpig gjør kravet om lav temperatur superledning økonomisk levedyktig kun for høyteknologiske anvendelser: maglev, MR‑skannere osv.
Og selv om det er vitenskapelig interessant, er superledning under høyt trykk relativt ubrukelig når det gjelder praktiske anvendelser.
Det har skjedd en god del fremgang innen superledning nylig som kan endre situasjonen:
- 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 pressure‑quench‑protokoll (PQP).
- Vriet bilag av WSe₂ (tungsten selenid) ser ut til å være et godt materialkandidat for høyere temperatur superledere også.
- En annen ny klasse av potensielle superledere, bilag‑nikkelater, kan også ha blitt lagt til listen i år.
- Deretter dukket det opp det gåtefulle tilfellet LK-99 (en form for kobber‑substituert bly‑apatitt – CSLA), potensielt en ny type superleder ved romtemperatur og atmosfærisk trykk.
- Påstanden ble umiddelbart bestridt og kritisert som en svindel eller målefeil, men senere oppdaget andre forskere at det kanskje faktisk skjer noe.
Til tross for disse nye oppdagelsene er superledning i stor grad et dårlig forstått fenomen, med mange gjetninger i mørket for å finne nye materialer med denne egenskapen. Derfor kreves et bedre teoretisk rammeverk.
Et stykke av puslespillet ble funnet i mars 2025, med en bedre forståelse av hvilke høyere temperaturer som er mulige for superledning (Tc).
En annen er opprettelsen av en ny teoretisk modell av forskere ved National University of Singapore, som allerede har ført til oppdagelsen av et kobberfritt superledende materiale. Denne prestasjonen ble nylig kunngjort i det prestisjefylte vitenskapelige tidsskriftet Nature, under tittelen «Bulk superconductivity near 40 K in hole-doped SmNiO2 at ambient pressure».
Ny superledningsmodell
Forklaring av superledning
Forskerne arbeidet med å utvikle en ny teoretisk modell som forklarer hvordan superledning fungerer. Dette er et komplekst tema, som kan oppsummeres enklere med noen få nøkkelkonsepter:
Cooper‑par, eller to elektroner bundet sammen gjennom en kvanteeffekt, er et nøkkel‑element for å gjøre et materiale superledende.
Det er kondensasjonen av Cooper‑par som skaper superledning, i hvert fall ifølge forskerne som først forklarte superledning (Bardeen–Cooper–Schrieffer‑teorien, eller BCS‑teorien), og som vant Nobelprisen i fysikk i 1972 for denne idéen.
Det er fononer, eller vibrasjonen på kvantenivå i materialets gitter, som driver dannelsen av Cooper‑par. Når nok Cooper‑par dannes, tillater dette bevegelse av elektroner gjennom materialet uten kollisjon, og eliminerer elektrisk motstand.
Kilde: Fiveable
Forutsi og produsere nye superledere
Den nye modellen som forutsier dannelse av Cooper‑par hjelper forskerne med å forutsi mange potensielle superledere, inkludert mange som ikke inneholder noen kobberatomer.
De syntetiserte deretter vellykket ett av de forutsagte materialene: samarium‑europium‑kalsium‑nikkel‑oksid (Sm‑Eu‑Ca)NiO₂.
“Som vi forutså og designet, viser dette ikke‑kobber‑baserte superledende oksidet høytemperatursuperledning under atmosfærisk trykk ved havnivå, uten behov for ekstra kompresjon – akkurat som kobberoksider.
Dette funnet antyder at ukonvensjonell høytemperatursuperledning ikke er eksklusiv for kobber, men kan være en mer utbredt egenskap blant elementene i periodesystemet.
Dr. Stephen Lin Er Chow – Forsker ved National University of Singapore
De bekreftet også null elektrisk motstand (superledning) godt over 30 K i denne forbindelsen. Dette er ikke bare et nytt materiale å eksperimentere med, men et bevis på at modellen de brukte har prediktiv verdi, noe som sannsynligvis betyr at det andre forutsagte superledende materialet også kan fungere. Dette er den første oppdagelsen av en slik høytemperatursuperleder siden 1990‑årene.
Zhaoyang Luo, en PhD‑student ved National University of Singapore, demonstrerte den høye krystalliniteten og ren‑fase naturen til det syntetiserte materialet ved hjelp av elektronmikroskopi. Dette gjør det nye materialet svært stabilt, og gjør det til en god kandidat for potensielle fremtidige industrielle anvendelser.
“Dette er første gang siden den Nobel‑premierte oppdagelsen at et kobberfritt høytemperatursuperledende oksid er funnet å fungere under atmosfærisk trykk.
I tillegg er dette nye materialet svært stabilt under normale forhold, noe som betydelig forbedrer tilgjengeligheten.
Pr. Ariando – Professor ved National University of Singapore
Produksjonsmetoden for det nye materialet er også ganske robust, uten strukturelle feil som oppstår under prosessen, noe som ytterligere øker potensialet for praktiske anvendelser.
Applikasjoner og fremtidig utvikling
Nå som de har et mer solid teoretisk rammeverk, kan forskerne prøve å finjustere noen spesifikke parametere for de superledende materialene. Spesielt nevner de atom‑ og molekylære egenskaper som elektronokkupasjonsendring og hydrostatisk trykk.
Dette kan åpne veien til enten helt nye typer superledere eller kanskje til og med en ny familie av superledere med enda høyere driftstemperaturer.
Enhver høyere temperatur superleder som kan produseres i stor skala kan ha to hovedkonsekvenser:
- Dramatisk redusere kostnadene for teknologier som i dag bruker superledere, og demokratisere bruken, spesielt maglev‑tog og MR‑skannere.
- Åpne nye bruksområder, spesielt hvis Tc‑temperaturen blir høy nok til å matche flytende nitrogen (-196°C / -320°F), et mye billigere og lettere å produsere kjølemiddel enn de som nå brukes for superledende materialer.
- Disse nye anvendelsene kan inkludere kraftoverføring, energilagring, lasere, skip, romfart‑propulsjon og tilgang til bane (massedriver), osv.
Denne observasjonen har dype implikasjoner både for teoretisk forståelse og eksperimentell realisering av et bredere spekter av superledende materialer med praktiske anvendelser i moderne elektronikk,
Pr. Ariando – Professor ved National University of Singapore
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 superledningsteknologi for å unngå overoppheting.
Til tross for navnet tilbyr 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 tilbakeføring 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, hjelper nettet med å håndtere den intermittente naturen til fornybar energi, samt strømforsyning og kontroll på industrielle anlegg.
I vindmøllesegmentet er AMSC hovedsakelig aktiv med Electrical Control System (ECS). Historisk sett var ESC et sterkt segment for selskapet med 2 MW vindmøller, men har gradvis avtatt. AMSC satser på en oppsving takket være den nye 3 MW turbinedesignet, med spesiell fokus på det indiske markedet.
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 sjøminer. Dette selges til USA, Canada og Storbritannias marine, med bestillinger på 75 millioner dollar så langt.
Generelt gjør ASMC det best ved å utnytte superledningsteknologi i nisje‑applikasjoner 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 risikoene deretter.
Siste nyheter om American Superconductor Corporation
Studier referert:
1. Chow, S.L.E., Luo, Z. & Ariando, (2025) A. Bulk superconductivity near 40 K in hole-doped SmNiO2at ambient pressure. Nature. 20 mars 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08893-4
