Superledning i vridd bilag WSe₂: En ny konkurrent til grafen?

Et nytt superledende materiale

Superledning er et fenomen som, dersom det mestres i stor skala og til lav kostnad, vil revolusjonere menneskehetens sivilisasjon. Dette skyldes at for de fleste høyteknologiske anvendelser kan nivåene av kraft eller magnetisk felt som kreves kun håndteres av superledende materialer, og enhver elektrisk motstand fører til overdreven overoppheting.

Et langsiktig problem har vært at nesten alle kjente superledende materialer kun er tilgjengelige ved ekstremt lave temperaturer, ofte i nærheten av 4 K (kun 4 grader over absolutt null).

Dette gjør at superledning kun er levedyktig når den kombineres med flytende helium, et kjølemedium som er svært vanskelig å produsere gjennom en svært energikrevende prosess.

I lang tid har grafen, et 2D‑monolag av karbon, blitt ansett som en god kandidat for mer praktisk superledning.

Imidlertid ser det ut til at det som gjør grafen lovende kan overføres til andre materialer som wolfram, og åpner søket etter et nytt superledende materiale. Denne oppdagelsen er resultatet av arbeidet til forskere ved Columbia University, University of Tennessee og National Institute for Materials Science (Japan). De publiserte sine resultater i det prestisjetunge tidsskriftet Nature¹ under tittelen “Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe2”.

Løftene med superledning

Billigere og høyere temperatur‑superledende materialer ville fullstendig endre de mulige anvendelsene av teknologien. Dette ville tillate kjølemetoder som flytende nitrogen, eller til og med den kjøleteknologien som brukes i frysebokser for lagring av mRNA‑vaksiner, å erstatte det mer energikrevende alternativet.

Blant de tingene som høytemperatur‑superledere vil gjøre mulig kan nevnes:

• Bedre MR, med høyere oppløsning og billigere å bygge og drifte, gjør det mulig å bli en mye mer rutinemessig medisinsk undersøkelse.
• Elektromagnetiske skyvedrevssystemer (også kalt magnetohydrodynamiske (MHD)-drifter) driver skip gjennom elektrifisering av sjøvann.
• Mer kraftige og effektive elektriske motorer.
• Høyere tetthet og sikrere batterier med Superledende magnetisk energilagring (SMES).
• Superledende begrensere, brytere og sikringer for å forbedre infrastrukturen i strømnettet.
• Langdistansestrømoverføring uten tap, som kan øke effektiviteten til fornybar energi, for eksempel ved at solcellepaneler som fortsatt er i solen kan forsyne en by tusenvis av kilometer unna.
• Billigere og enklere å vedlikeholde maglev‑tog eller senere Hyperloop‑systemer.
• Sensorer/magnetometre (Superledende kvanteinterferens‑enheter – SQUID‑er) for bruk i industrielle miljøer.
• Superledende kvanteberegning
  • (du kan lese mer om fremdriften innen kvanteberegning i vår artikkel “The Current State of Quantum Computing ”).
• Forsvars‑ og romfartsapplikasjoner, inkludert strålingsskjold, elektromagnetiske oppskytinger, magnetiske lagre, sensorer, railguns, coil‑guns, lasere og andre energivåpen.

Det er en mulighet at høytemperatur‑superledning kan oppnås med kobber‑substituert bly‑apatitt (CSLA), men dette påstanden blir fortsatt heftig debattert av forskere spesialisert på dette feltet, noen år senere.

Grafen‑superledning

Mens grafen er en bemerkelsesverdig effektiv elektrisk leder når den er i et enkelt lag, kan den bli en superleder når den formes som en «vridd bilag». Dette skjer når de to lagene er litt forskjøvet, med en forskjell på 1,1°, som tilsynelatende er den magiske vinkelen for grafen.

I november 2024 ble det matematisk demonstrert at en slik bilag kan forbli superledende ved temperaturer så høye som 60°K (-213 °C / -351 °F).

Siden 2020 har et annet materiale blitt mistenkt for å vise en lignende egenskap: wolfram‑selen (WSe₂).

Kilde: Max Planck Institute

Wolfram‑selen‑superledning

Inntil nå har fenomener korrelert med superledning blitt oppdaget i mange materialer som er en del av den såkalte overgangsmetall‑dichalkogenid‑klassen (TMD‑klassen).

Imidlertid bekrefter den nye forskningen definitivt superledning i 5,0° (vinkelforskjell mellom lagene, ikke temperatur) vridd bilag WSe2.

Dette var spesielt sterkt ved lave temperaturer i dette eksperimentet (426 millikelvin), men det demonstrerer likevel at bilag‑superledning kan oppnås med andre lagdelte materialer enn grafen.

Den vridde bilag‑WSe2 viste også en skarp grense mellom de superledende og magnetiske fasene ved lave temperaturer, noe som kan forklare de underliggende mekanismene som gjør den superledende.

Bedre enn grafen?

Hvis TMD‑materialer kan være superledende, kan de faktisk være overlegne grafen.

Grunnen er at TMD‑materialer også viser mange andre ønskelige egenskaper som mangler i grafen, som et naturlig båndgap, sterk spin‑orbital‑kobling, spin‑dal‑låsning og magnetisme.

I den forbindelse virker dette likt en annen type avanserte metamaterialer, kagome‑materialer, som også viser superledning sammen med magnetisme, mens disse vanligvis er to fenomener som ikke forekommer samtidig.

Alt i alt ser det ut til at feltet for superledning gjør svært raske fremskritt og kaster de tidligere antakelsene i disiplinen om hva som er mulig og hva som ikke er mulig.

Wolfram‑selskapet

Hvis wolfram‑bilag viser seg å være superledende, vil dette være et viktig ekstra bruksområde for det ultraharde metallet, som allerede brukes i mange militære anvendelser, halvlederindustrien og avansert produksjon.

Vi dekket investeringssaken for wolfram i detalj i oktober‑rapporten 2024 “Tungsten – The Secret High-Tech Metal”.

Siden da har Kina kunngjort restriksjoner på eksport av wolfram, et metall som 80 % produseres av Kina. Dette etterlater svært få selskaper som kan levere til vestlige industrier, uavhengig av den kinesiske forsyningskjeden.

Almonty Industries

Almonty er en wolframgruve som for tiden produserer mest fra en gruve i Portugal, som har vært i drift de siste 125 årene.

Selskapet har jobbet med å utvide den portugisiske gruven og eier uutviklede forekomster i Spania.

Kilde: Almonty

Selskapets viktigste prosjekt er den pågående utviklingen av en ny gruve i Sangdong, Sør‑Korea. Gruven inneholder mer antatte ressurser enn alle de andre forekomstene til sammen.

Kilde: Almonty

Som en av de eneste aktive og produserende wolframgruver i vestlige land, er Almonty en viktig strategisk leverandør for forsvarsindustrien. Derfor er det et viktig selskap for å redusere avhengigheten av kinesisk forsyning.

Sangdong‑gruveens beliggenhet gjør den til en perfekt leverandør for forsvarsindustrien, med Sør‑Korea som en ny gigant i masseproduksjon av «lavteknologisk» militært utstyr som tank, artilleri og ammunisjon (sammenlignet med mindre wolfram‑krevende jagerfly, hangarskip osv.).

Mens Kina forbereder å åpne en enorm wolframgruve i Kasakhstan, er Almonty klar til å «i betydelig grad endre politikken knyttet til sikring av wolfram» når Almonty Korea Tungsten Project sin Sangdong‑gruve tas i drift om noen måneder. Når den begynner produksjon, vil den være en av verdens største wolframgruver og stå for 30 % av den ikke‑kinesiske forsyningen.

Lewis Black, director, president, and CEO of Almonty Industries (ALM )

Almonty bør begynne å produsere wolfram fra den koreanske gruven tidlig til midt i 2025.

På grunn av sin strategiske posisjon som i hovedsak den eneste store leverandøren i vest, ble Almonty tilbudt en garantert pris av Plansee. Plansee er en produsent av høyytelsesmetaller og en av Almontys større kunder, samt eier av 15 % av selskapet.

Den minste garanterte prisen var $235/MTU (metrisk tonnenhet), uten øvre grense. Ettersom Sangdong‑gruven sikter mot kontantkostnader på $110/MTU, bør dette i praksis sikre en høy fortjenestemargin for prosjektet.

Med en heldig nesten perfekt timing mellom den kommende åpningen av Sangdong og en ny handelskrig mellom Trumps Amerika og Kina, har aksjekursen reagert kraftig og steget med 40 % på bare 2 dager etter kunngjøringen av wolfram‑eksportrestriksjoner fra Kina.

Studierreferanse:

^{1. Guo, Y., Pack, J., Swann, J. et al. (2025) Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe2. Nature 637, 839–845. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08381-1}