Bilagernickelater: En ny klass av högtemperatursupraledare

Begränsningar för supraledning

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

Ett alternativ finns: de så kallade supraledande materialen. Supraledande material har noll elektriskt motstånd, vilket möjliggör extremt starka strömmar utan att generera värme.

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

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

Elkraftlinjer 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 vissa begränsningar för sol- och vindkraft.

Källa: XOT Metals

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

Det gör den inte bara för komplex för alla utom de mest krävande tillämpningarna (maglev, MR, etc.) utan också mycket dyr, vilket gör den oekonomisk för många tillämpningar som skulle kunna dra nytta av supraledande material eller någon storskalig användning.

Många vägar till supraledning

Det verkar nu som att materialet som produceras under högt tryck kan behålla en del av sin supraledning vid lägre tryck, genom en experimentell metod kallad tryck‑kväveprotokoll (PQP).

Nyligen har det vridna bilagret av WSe₂ (tungsten selenid) framstått som ett bra materialkandidat för högre temperatur‑supraledare också.

Så efter år av långsam utveckling verkar fysikerna börja låsa upp helt nya sätt att skapa supraledande material. Och ett nytt har nu lagts till listan, med en ny familj av supraledare som innehåller nickel.

Kinesiska forskare vid Southern University of Science and Technology i Shenzhen och Tsinghua University har upptäckt att bilagernickelat‑supraledare leder elektricitet utan motstånd, långt över den absoluta nollpunkten och vid atmosfäriskt tryck.¹

De publicerade sina resultat i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Nature, under titeln “Ambient-pressure superconductivity onset above 40 K in (La,Pr)3Ni2O7 films”.

Inte alltför kalla supraledare

Högtemperatursupraledning kan en dag bli ett alternativ, särskilt med det gåtfulla fallet LK-99 (en form av koppar‑ersatt blyapatit – CSLA), en ny typ av supraledare vid atmosfäriskt tryck och rumstemperatur.

Påståendet bestriddes omedelbart och kritiserades som ett bluff eller ett mätningsfel, men senare upptäckte andra forskare att det kanske faktiskt händer något.

Men detta är inte den enda klassen av supraledare som kan fungera vid varmare temperaturer.

Det har nyligen upptäckts att två grupper av keramer (kopparbaserade cuprater och järnbaserade pniktider) fungerade som okonventionella supraledare som opererar vid rumstryck och vid temperaturer så höga som 150 K (–123 °C / -189 °F).

Källa: Materials Today

Nu verkar det som att nickelater ansluter sig till dessa keramer för att skapa ett material som fungerar som supraledare vid högre temperaturer.

Även om det inte är så varmt, är det mycket enklare att nå en temperatur än med nuvarande supraledare. Till exempel kommer de supraledande magneterna i ITER att behöva kylas nära den absoluta nollpunkten med flytande helium, en mycket energikrävande och dyr procedur.

Sammanfattningsvis indikerar detta att supraledare sannolikt kommer att bli mycket vanligare på medellång sikt, eftersom många fler former av dem upptäcks och experimenteras med.

Supraledande nickelater

Nickelate upptäcktes ha potentiella supraledande egenskaper 2019 av Danfeng Li, en fysiker vid City University of Hong Kong, och hans kollega. År 2023 demonstrerade ett annat team nickelaters supraledning vid högre temperaturer, men under högt tryck.

Källa: Nature

Men det var i december 2024 som nickelater för första gången upptäcktes förlora motstånd vid en kritisk temperatur och fördriva magnetiska fält, båda starka indikationer på supraledning.

För att uppnå detta resultat odlades enkelskiktsfilmer av La2.85Pr0.15Ni2O7 (lantan‑praseodym‑nickel) med en teknik kallad gigantisk‑oxidativ atomlager‑för‑lager epitaxi (GOALL‑Epitaxy). Denna teknik utvecklades av samma forskarteam och ger flera storleksordningar starkare oxidation och precision i framställning av materiallager på atomnivå.

Källa: Research Gate

Avancerade analytiska metoder användes för att studera den nickelbaserade föreningen, inklusive scanning transmission electron microscopy (STEM)-bilder och röntgen-reciprocal space mappings (RSMs).

De avslöjade framträdandet av en tetragonal fas i nickeloxidlagret, vilket kan vara ansvarig för den fria flödet av elektroner under rätt förhållanden.

Förbättring av supraledande material

Metoden som användes som ett preliminärt test för att förbättra nickelatens egenskaper kan förbättras ytterligare. Detta bör leda till flera tester för att ytterligare höja temperaturen på dessa supraledare.

“Det finns ett enormt hopp om att vi så småningom kan höja den kritiska temperaturen och göra sådana material mer användbara för tillämpningar.”
Danfeng Li – Fysiker vid City University of Hong Kong.

Analysen indikerar att processen som ger nickelater supraledning är liknande den som påverkar cuprater (gjorda av koppar).

”Att öka detta är en prioritet. Teamet provar olika knep för att justera hur materialet odlas och dess exakta sammansättning.”
Zhuoyu Chen – Fysiker vid SUSTech

Experiment innan teori

Det bör påpekas att de senaste resultaten kring högre temperatur‑supraledare, eller till och med potentiella rumstemperatur‑supraledare, ligger före den teoretiska fysiken inom området.

Så, varför det fungerar är fortfarande ett stort mysterium. Det finns ännu ingen fullständig förklaring till varför dessa material är supraledande, och ännu mindre en förutsägande metod för att förutse vilket material som kan uppvisa dessa egenskaper.

Fram till nu har behovet av högtrycks‑ eller hyperkalla förhållanden kraftigt hindrat studiet av dessa material, eftersom det var svårt att testa någonting när supraledning bara sker i en diamantanhängare eller flytande helium.

Lättare att upprätthålla förhållanden bör ge forskarna mycket mer spelrum för att studera dessa material och modifiera dem.

Så detta lämnar gott om utrymme för förbättring, och en bättre förståelse av dessa material, inklusive med hjälp av AI, bör hjälpa till att gå längre.

Det bör också locka fler forskare att arbeta inom området och fler företag att investera R&D‑budgetar i dessa projekt, vilket påskyndar framstegstakten.

Framtida tillämpningar

Högtemperatursupraledare skulle vara 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 supraledning, såsom MR, maglevtåg, avancerade turbiner och generatorer, partikelacceleratorer, experimentella fusionsreaktorer, etc.

Det skulle också möjliggöra teknik som hittills aldrig kunnat genomföras eller var för dyr på grund av de tekniska begränsningarna hos lågtemperatur‑supraledare.

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

Ledande inom supraledningslösningar

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

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

Företaget drivs av flera tillväxtfaktorer, från trenden med elektrifiering och digitalisering (inklusive AI‑datacenter), men också återlokaliseringen av amerikansk tillverkningskapacitet och behovet av att flottorna i den anglosaxiska världen moderniseras som svar på ökande geopolitiska risker.

Källa: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]

I segmentet för strömförsörjning har AMSC sett en stadig ökning av beställningar. Detta drevs 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 mest 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 turbinedesignen, med särskilt fokus på den indiska marknaden.

Källa: American Superconductor Corporation

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

Sammanfattningsvis presterar ASMC bäst genom att utnyttja supraledningsteknik i nischade tillämpningar 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 beräkna riskerna därefter.

Senaste om American Superconductor Corporation

Studierreferens:

^{1.Zhou, G., Lv, W., Wang, H. et al.(2025) Ambient-pressure superconductivity onset above 40 K in (La,Pr)3Ni2O7 Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-z}