Är rumstemperatur‑superledare ens möjliga? QMUL säger ja

Begränsningar för superledning

Elektricitet har varit en av de mest transformerande teknologierna i historien och möjliggör överföring av en mycket användbar energiform över långa avstånd. Men varje “normalt” elsystem möter elektrisk resistans, vilket resulterar i värmeutveckling när en elektrisk ström appliceras.

Ett alternativ finns: de så kallade superledande materialen. Superledande material har noll elektrisk resistans, vilket möjliggör extremt kraftfulla strömmar utan att generera värme.

Utan superledning skulle mycket modern teknik vara omöjlig, inklusive partikelacceleratorer (till exempel CERN), MR, och maglevtåg.

Superledning kommer att vara en avgörande komponent i de mest lovande megaprojekten och tekniska innovationerna, såsom ITER och kärnfusion, massdrivare, kvantdatorer, etc.

Elkraftledningar utan förluster kan också vara avgörande för att utveckla ultralånga nätanslutningar som hjälper till att buffra produktionen av förnybar energi över väderförhållanden och tidszoner, vilket löser några av begränsningarna för sol‑ och vindkraft.

Källa: XOT Metals

Dock har superledning hittills bara bemästrats för material som visar det vid ultralåga temperaturer, knappt några grader över den absoluta nollpunkten. Eller extremt högt tryck. Eller båda.

Många vägar till superledning

Det verkar nu som att material som produceras under högt tryck kan behålla en del av sin superledning vid lägre tryck genom en experimentell metod kallad pressure‑quench‑protokoll (PQP) through an experimental method called pressure‑quench protocol (PQP).

Nyligen visade den vridna bilagret av WSe₂ (tungsten selenid) sig vara ett bra materialkandidat för högre temperatur‑superledare också the twisted bilayer of WSe₂ (tungsten selenium).

En annan ny klass av potentiella superledare, bilager‑nickelater, kan också ha lagts till listan i år bilayer nickelates, might have been added to the list this year as well.

Problemet med att hitta nya material som är superledare vid högre temperaturer är att vi egentligen inte förstår hur det fungerar. Detta är ännu mer sant för högtemperatur‑ eller rumstemperatursuperledning. Under en period ansågs det vara helt omöjligt.

Sedan dök det gåtfulla fallet LK-99 (en form av kopparersatt blyapatit – CSLA) upp, potentiellt en ny typ av superledare vid atmosfärstryck och rumstemperatur. Påståendet ifrågasattes och kritiserades omedelbart som ett bluff eller ett mätfel, men senare upptäckte andra forskare att det kanske faktiskt händer något then other researchers discovered there might be something happening after all.

Nya framsteg inom teoretisk fysik, gjorda av forskare vid QMUL (Queen Mary University of London), University of Cambridge och Intellectual Ventures, kan kasta ljus på hur rumstemperatursuperledare faktiskt kan vara möjliga.

De publicerade sina resultat i Journal of Physics: Condensed Matter, under titeln “Övre gränser för den högsta fononfrekvensen och den superledande temperaturen från grundläggande fysiska konstanter“.

Förståelse av T_C gränsen

Varje superledande material definieras av ett värde som kallas T_C (kritisk temperatur). För de flesta material med superledande egenskaper ligger T_C knappt några grader över den absoluta nollpunkten.

Denna nya forskning fortsatte dock med att undersöka vad de teoretiska gränserna för T_C skulle vara.

En sådan gräns bestäms av universums grundläggande krafter och konstanter, såsom elektronens massa, elektronens laddning och Plancks konstant.

Detta arbete visar att dessa konstanter “sätter en övre gräns för frekvensen av fononer i kondenserade materiefaser, eller hur snabbt en atom kan vibrera i dessa faser”. Detta bestämmer i sin tur det lägre och övre intervallet för möjliga TC, eftersom fononer medlar vilken superledande temperatur som kan uppnås.

Övre och nedre gränser för T_C

Matematiken och partikelfysiken som används för att avgöra vilken T_C som är möjlig eller inte är ganska komplex och ligger utanför icke‑specialisters räckvidd. För att ge ett exempel från själva den vetenskapliga artikeln i dess introduktion:

“I våra beräkningar med densitetsfunktionalteori (DFT) använder vi liknande metoder som i vår tidigare artikel. Detta inkluderar att använda Perdew–Burke–Ernzerhof utbytes‑korrelationsfunktional, ett energiklipp på 1200 eV och ett k‑punktsnät med avståndet 2π×0.025 Å⁻¹ för att sampla den elektroniska Brillouin‑zonen.”

För att hålla det enkelt undersöker modellen som forskarna utvecklat hur hög oscillationsfrekvens en atom kan ha i fasta ämnen eller vätskor.

Detta skulle sätta den övre gränsen för superlednings‑T_C till 100–1 000 K, eller -173,15 till 726 °C / -279 till 1340 °F. Detta skulle göra superledning, åtminstone i teorin, fullt möjlig vid rumstemperatur.

Det placerar rumstemperatur fast i det möjliga området där superledning kan förekomma, vilket radikalt förändrar vår tidigare uppfattning om att rumstemperatursuperledning var en teoretisk omöjlighet.

Djupare förståelse av universum

Resultaten har redan bekräftats oberoende i en separat studie, vilket bekräftar att denna mer detaljerade teoretiska analys sannolikt stämmer överens med den fysiska verkligheten.

Detta bör kraftigt stimulera forskningsfältet för superledning, eftersom det nu finns ett teoretiskt ramverk som bättre förklarar varför rumstemperatursuperledare är möjliga.

“Denna upptäckt visar att rumstemperatursuperledning inte utesluts av grundläggande konstanter. Det ger hopp till forskare: drömmen lever fortfarande.”

Professor Pickard – fysikprofessor vid University of Cambridge

Framtida tillämpningar

Rumstemperatursuperledare skulle bli ett omedelbart underverk‑material om de förstås tillräckligt väl för att tillverkas i skala.

Den första omedelbara effekten skulle vara att minska kostnaden för utrustning som redan utnyttjar superledning, såsom MR, maglevtåg, avancerade turbiner och generatorer, partikelacceleratorer, experimentella fusionsreaktorer, etc.

Det skulle också möjliggöra teknik som hittills antingen aldrig kunnat genomföras eller varit för dyr på grund av de tekniska begränsningarna för lågtemperatursuperledare.

Detta inkluderar hyperloop‑tåg, massdrivare för att nå omloppsbana, kommersiell kärnfusion, interkontinentala nätanslutningar, etc. Var och en av dessa är en teknik som för alltid skulle förändra mänsklighetens utveckling.

Ledare inom superledningslösningar

AMSC är ett företag som tillhandahåller energilösningar för elnätet, fartyg och vindenergi. Generellt sett, ju mer kraftkrävande eller massiv ett system är, desto mer kräver det superledande teknik för att undvika överhettning.

Trots sitt namn levererar ASMC inte bara superledarsystem utan även, till exempel, växellådsdrivlinor för vindkraftverk.

Företaget drar nytta av flera tillväxtdrivare, från trenden mot elektrifiering och digitalisering (inklusive AI‑datacenter), men också återförandet av amerikansk tillverkningskapacitet och behovet av att flottorna i den anglosaxiska världen moderniseras som svar på ökande geopolitiska risker.

Källa: American Superconductor Corporation

I segmentet för strömförsörjning har AMSC sett en stadig ökning av beställningar. Detta har drivits av halvledarfabriker som vill skyddas mot fluktuationer i elnätet, hjälpa nätet att hantera den intermittenta naturen hos förnybar energi, samt strömförsörjning och styrsystem på industriella anläggningar.

Källa: American Superconductor Corporation

I segmentet för vindkraftverk är AMSC främst aktivt med Electrical Control System (ECS). Historiskt sett var ESC ett starkt segment för företaget med 2 MW‑vindkraftverk, men det har successivt minskat. AMSC siktar på en återhämtning tack vare den nya 3 MW‑turbindesignen, med särskilt fokus på den indiska marknaden.

Källa: American Superconductor Corporation

För militära fartyg levererar ASMC “AMSC:s högtemperatur‑superledande magnetiska minmotmedel”, ett system för att förändra fartygets magnetiska signatur för att skydda dem mot sjömåls. Detta säljs till USA:s, Kanadas och Storbritanniens flottor, med beställningar på totalt 75 M USD hittills.

Sammanfattningsvis presterar ASMC bäst genom att utnyttja superledarteknik i nischapplikationer som är genomförbara idag, samtidigt som de sannolikt är redo att implementera ytterligare framsteg i framtiden. Investerare bör också notera att aktien har upplevt extrem volatilitet tidigare och bör beräkna riskerna därefter.

Senaste om American Superconductor Corporation

Studier som refereras:

^{1. K Trachenko, B Monserrat, M Hutcheon and Chris J Pickard.(2025) Övre gränser för den högsta fononfrekvensen och den superledande temperaturen från grundläggande fysiska konstanter. Journal of Physics: Condensed Matter. 37165401. 13 mars 2025. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/adbc39}