LK-99-superlederen ville være et stort sprang for databehandling og vår forståelse av materialvitenskap

De fleste teknologiske fremskritt er beskjedne, og bygger sakte på tidligere generasjoner.  Imidlertid skjer det av og til et gjennombrudd innen materialvitenskap som resulterer i ikke et skritt, men et sprang fremover.  Hvis et team av forskere i Korea har rett i sine siste funn om superledere, kan de ha gitt verden et slikt gjennombrudd.

Per nå hevder forskerteamet at de har oppdaget en superleder laget uten eksotiske materialer som er stabil og funksjonell både ved

• omgivelsestrykk
• romtemperatur

Denne superlederen, som er en modifisert bly‑apatittstruktur, blir foreløpig kalt «LK-99».  I artikkelen deres står det:

“For første gang i verden rapporterer vi suksess i syntese av en romtemperatur‑ og omgivelsestrykks‑superleder med en kjemisk tilnærming for å løse temperatur‑ og trykkproblemet. Vi har kalt den første romtemperatur‑ og omgivelsestrykks‑superlederen LK-99.”

Her tar vi en kort titt på hva en superleder er, og hva det betyr for fremtiden.

Hva er superledere?

Før vi ser på hvorfor superledere er så ettertraktet, må vi først forstå hva de egentlig er.  Superledere er materialer som kan lede elektrisitet eller transportere elektroner fra ett atom til et annet uten motstand.  Dette betyr at elektrisk strøm kan flyte gjennom materialet uten energitap. Ved å tilby muligheten for null‑tap strømoverføringer, gjør superledere energisystemer ekstremt effektive.

Interessant nok er superledning et kvantemekanisk fenomen som vanligvis forekommer i utvalgte materialer og kun innenfor et smalt parameterområde.  Vanligvis ved ekstremt lave temperaturer som nærmer seg det absolutte nullpunkt (-273,15 °C eller -459,67 °F).

Det bemerkelsesverdige er at de unike egenskapene til superledere ikke stopper ved kun effektiv energioverføring.  De omfatter også sterke magnetfelt, noe som gjør dem uvurderlige for anvendelser som magnetisk resonansavbildning (MRI) på sykehus og maglev‑tog (magnetisk levitasjon).

YouTube-kanalen Techquickie forklarer dette godt i en tidligere episode av «Fast as Possible».

For øyeblikket finnes det to bredt aksepterte typer superledere.  Disse inkluderer:

1. Type‑I superledere: Disse materialene viser superledning ved svært lave temperaturer og under svake magnetfelt.  De er typisk rene metaller som aluminium, kvikksølv og bly.
2. Type‑II superledere: Dette er vanligvis metalliske forbindelser eller legeringer som viser superledning ved relativt høyere temperaturer og under sterke magnetfelt.  Eksempler er niobium‑tin (Nb3Sn) og yttrium‑barium‑kobber‑oksid (YBCO).

Det er viktig å merke seg at temperaturer er relative.  Det vil si at mens Type‑II superledere er kjent som høy‑temperatur‑varianter, er dette i forhold til Type‑I.  Faktum er at de fortsatt krever temperaturer som er altfor lave til å være praktiske i dagligdagse anvendelser.

Hvorfor er en romtemperatur‑ og omgivelsestrykks‑superleder så ettertraktet?

Oppdagelsen av en romtemperatur‑ og omgivelsestrykks‑superleder ville ha dype implikasjoner for både teknologi og vitenskap generelt.  Her er noen potensielle anvendelser og virkninger.

1. Energioverføring: Superledere kan transportere elektrisk strøm uten tap på grunn av motstand.  Dette ville gjort energioverføring ekstremt effektiv, potensielt revolusjonerende vårt strømnett og redusere energisløsing.
2. Magnetisk levitasjon (maglev)‑tog: Med romtemperatur‑superledere ville bygging og drift av maglev‑tog bli mye mer praktisk og kostnadseffektivt.  Disse togene kunne reise med svært høye hastigheter med minimal energibruk.
3. Medisinsk teknologi: Høy‑kvalitets, mer effektive MR‑maskiner og andre medisinske bildediagnostiske enheter kunne utvikles siden de er avhengige av superledende magneter.
4. Kvantedatabehandling: Superledere er allerede nøkkelen i visse typer kvantedatamaskiner (som de som bygges av IBM og Google), men disse må i dag kjøles til ekstremt lave temperaturer.  Romtemperatur‑superledere ville gjort kvantedatamaskiner mer praktiske, og potensielt akselerere utviklingen av denne kraftige nye teknologien.
5. Energilagring: Superledere kan brukes til å lage høy‑kapasitets, effektive energilagringssystemer, kjent som superledende magnetisk energilagring (SMES).  Disse kunne spille en viktig rolle i en fornybar energifremtid.
6. Vitenskapelig forskning: Mange vitenskapelige instrumenter og eksperimenter (for eksempel innen partikkelfysikk) kunne gjort mer effektive og enklere å drive med romtemperatur‑superledere.

I hovedsak vil enhver maskin, enhet eller prosess som er avhengig av elektrisitet eller hemmet av friksjon kunne dra enorm nytte både funksjonelt og i effektivitet.

Oppdagelsen av en romtemperatur‑ og omgivelsestrykks‑superleder er ikke en «flashy» vitenskap på noen måte.  Dette endrer imidlertid ikke betydningen av en slik oppdagelse, og krever at man faktisk tenker gjennom hvordan den potensielt kan endre vår verden.

Felt som vil bli omveltede av LK-99

Som nevnt ovenfor er det mange felt som vil ha nytte av en slik superleder.  Teamet bak LK-99 understreker dette, og sier:

“LK-99 er et svært nyttig materiale for studiet av superledningens gåter ved romtemperatur. Alle bevis og forklaringer peker på at LK-99 er den første romtemperatur‑ og omgivelsestrykks‑superlederen. LK-99 har mange muligheter for ulike anvendelser som magnet, motor, kabel, levitasjonstog, kraftkabel, qubit for en kvantedatamaskin, THz‑antenner, osv. Vi tror at vår nye utvikling vil bli en helt ny historisk hendelse som åpner en ny æra for menneskeheten.”

Selv om en mengde vitenskapelige felt og industrier vil bli revolusjonert med tilgang til en romtemperatur‑ og omgivelsestrykks‑superleder, er det potensielt ett område som vil ha størst nytte – databehandling.

Databehandling – enten det gjelder Bitcoin‑utvinning, smarttelefoner, dataservere osv. – vil dra stor nytte av økt miniaturisering, energieffektivitet og prosesseringshastighet.  Enten det er gjennom redusert varmegenerering, lavere latens, eller noe helt annet, har superledere potensialet til å innlede den sanne neste generasjonen av datamaskiner.

Skepsis florerer rundt LK-99

IF teamet av forskere bak artikkelen ovenfor har rett i sine funn om LK-99, vil de resulterende fordelene for menneskeheten være enorme.  Det er imidlertid en betydelig stjerne som henger over funnene – mangel på fagfellevurdering.

Gitt at forskere verden over har søkt etter en omgivelsestrykks‑ og romtemperatur‑superleder i flere tiår, er det naturlig med en sunn dose skepsis rundt påstandene som blir gjort.  For at denne skepsisen skal avta, må teamets funn reproduseres i et kontrollert og gjentakbart miljø.  Betydningen av fagfellevurderingsprosessen er flerfoldig, inkludert:

1. Kvalitetskontroll: Den mest umiddelbare funksjonen til fagfellevurdering er å sikre kvaliteten på artiklene som publiseres i vitenskapelige tidsskrifter.  Vurdererne evaluerer kritisk en studies metodikk, statistikk og presentasjon av resultater for å sikre at konklusjonene støttes av dataene.
2. Validering av forskningen: Fagfellevurderere validerer forskningsmetodikken og funnene.  De fastslår om forskningsmetodene er passende og har blitt anvendt korrekt.  De verifiserer også at funnene er avledet fra dataene og at dataene er tolket riktig.
3. Uetisk praksis: Fagfellevurdering hjelper med å forhindre plagiering, dataforfalskning og andre uetiske praksiser i vitenskapelig forskning.  Vurdererne har som oppgave å oppdage mistenkelige mønstre eller inkonsistenser som kan tyde på slik uredelighet.
4. Standardisering: Ved å håndheve standard vitenskapelige konvensjoner og forventninger, fremmer fagfellevurdering konsistens og sammenheng innen et vitenskapelig felt.
5. Trovverdighet: Fagfellevurdering gir troverdighet til en forskningsartikkel.  Andre forskere, så vel som allmennheten, ser ofte på fagfellevurdert arbeid som mer pålitelig fordi det har gjennomgått dette nivået av gransking.

Hvert av disse punktene er viktig fordi de samlet sett legger til rette for en verifiserbar fremgang i vitenskapen.  Fagfellevurderte arbeider gir forskere verden over et grunnlag som deres neste eksperiment eller oppfinnelse kan bygges på.

Det er imidlertid også viktig å merke seg at fagfellevurderingsprosessen ikke er perfekt og har sine begrensninger.  Den kan noen ganger overse store feil eller svindel, og det kan forekomme skjevheter i prosessen.  Til tross for potensielle mangler er fagfellevurdering for tiden det beste verktøyet vi har for å opprettholde kvaliteten og integriteten i vitenskapelig litteratur.

Hvis det viser seg å være sant

Ideen om LK-99 er fristende, men må bevises.  Heldigvis burde det ikke ta lang tid før dette er tilfelle, og på grunn av de potensielle anvendelsene for et slikt materiale, er det allerede forskere fra hele verden som jobber med nettopp dette.  Hvis alt stemmer, vil det uten tvil bli enorm interesse for å utnytte LK-99 i virkelige anvendelser og forbedre det den kan tilby.