Supraledning i vriden dubbelskikts WSe₂: En ny konkurrent till grafen?

Ett nytt supraledande material

Superledningsfenomenet är ett fenomen som, om det bemästras i stor skala och till låg kostnad, skulle revolutionera mänsklig civilisation. Detta beror på att för de flesta högteknologiska tillämpningar kan de nivåer av kraft eller magnetfält som krävs endast hanteras av supraledande material, där någon elektrisk resistans leder till överdriven överhettning.

Ett långsiktigt problem har varit att nästan alla kända supraledande material endast är tillgängliga vid extremt låga temperaturer, ofta i närheten av 4°K (endast 4 grader över den absoluta nollpunkten).

Detta gör att supraledning endast är genomförbart när det kombineras med flytande helium, en kylvätska som är mycket svår att producera genom en mycket energikrävande process.

Under lång tid har grafen, ett tvådimensionellt monolager av kol, betraktats som ett bra kandidat för mer praktisk supraledning.

Det verkar dock att det som gör grafen lovande kan överföras till andra material som volfram, vilket öppnar sökandet efter ett nytt supraledande material. Denna upptäckt är resultatet av forskarnas arbete vid Columbia University, University of Tennessee och National Institute for Materials Science (Japan). De publicerade sina resultat i den prestigefyllda Nature¹ under titeln “Supraledning i 5.0° vriden dubbelskikts WSe2”.

Supraledningens löften

Billigare och högre temperatur‑supraledande material skulle helt förändra de möjliga tillämpningarna av teknologin. Detta skulle möjliggöra kylmetoder som flytande kväve, eller till och med den kylteknik som används i frysar för lagring av mRNA‑vacciner, för att ersätta det mer energikrävande alternativet.

Bland de saker som högtemperatur‑supraledare skulle möjliggöra kan nämnas:

• Bättre MR, med högre upplösning och billigare att bygga och driva, gör att den kan bli en mycket mer rutinmässig medicinsk undersökning.
• Elektromagnetiska drivsystem (även kallade magnetohydrodynamic (MHD) drives) driver fartyg genom att elektrifiera havsvatten.
• Mer kraftfulla och effektiva elektriska motorer.
• Högre energitäthet och säkrare batterier med Supraledande magnetisk energilagring (SMES).
• Supraledande begränsare, strömbrytare och säkringar för att förbättra elnätsinfrastrukturen.
• Långdistans kraftöverföring utan förluster, vilket skulle kunna öka förnybar energis effektivitet, till exempel genom att solpaneler som fortfarande är i solen driver en stad tusentals kilometer bort.
• Billigare och enklare att underhålla maglevtåg eller senare Hyperloop‑system.
• Sensorer/magnetometrar (Supraledande kvantinterferensdetektorer – SQUIDS) för tillämpning i industriella miljöer.
• Supraledande kvantberäkning
  • (du kan läsa mer om framsteg inom kvantberäkning i vår artikel “The Current State of Quantum Computing ”).
• Försvars‑ och rymdteknikapplikationer, inklusive strålningsskydd, elektromagnetiska uppskjutningar, magnetiska lager, sensorer, railguns, spolegevär, laser och andra energivapen.

Det finns en möjlighet att högtemperatur‑supraledning kan uppnås med koppar‑substituerad blyapatit (CSLA, men detta påstående diskuteras fortfarande hett av forskare specialiserade på området, några år senare.

Grafens supraledning

Medan grafen är en anmärkningsvärt effektiv elektrisk ledare i ett enkelt lager, kan den bli en supraledare när den formas som en ”vriden dubbelskikts”. Detta sker när de två lagren är något feljusterade, med en skillnad på 1.1°, vilket tydligen är den magiska vinkeln för grafen.

I november 2024 demonstrerades matematiskt att en sådan dubbelskikts kan förbli supraledande vid temperaturer så höga som 60°K (-213 °C / -351 °F).

Sedan 2020 har ett annat material misstänkts ha en liknande egenskap: volfram‑selenium (WSe₂).

Källa: Max Planck Institute

Supraledning i volfram‑selenium

Fram till nu har fenomen relaterade till supraledning upptäckts i många material som tillhör den så kallade klassen av övergångsmetall‑dichalkogenider (TMD).

Den nya forskningen bekräftar dock definitivt supraledning i 5.0° (vinkelskillnad mellan lagren, inte temperatur) vriden dubbelskikts WSe2.

Det var särskilt starkt vid låga temperaturer i detta experiment (426 millikelvin), men det visar ändå att dubbelskikts‑supraledning kan uppnås med andra lagermaterial än grafen.

Den vridna dubbelskikts‑WSe2 visade också en skarp gräns mellan de supraledande och magnetiska faserna vid låga temperaturer, vilket kan förklara de underliggande mekanismerna som gör den supraledande.

Bättre än grafen?

Om TMD‑material kan vara supraledande, kan de faktiskt vara överlägsna grafen.

Anledningen är att TMD‑material också uppvisar många andra önskvärda egenskaper som saknas i grafen, såsom ett naturligt bandgap, stark spin‑orbitalkoppling, spin‑dalar‑låsning och magnetism.

I detta avseende verkar det likna en annan typ av avancerade metamaterial, kagome‑material, som också uppvisar supraledning tillsammans med magnetism, medan dessa vanligtvis är två fenomen som inte inträffar samtidigt.

Sammanfattningsvis verkar området för supraledning göra mycket snabba framsteg och avfärda disciplinens tidigare antaganden om vad som är och vad som inte är möjligt.

Volframföretaget

Om volfram‑dubbelskikts visar sig vara supraledande, skulle det vara ett viktigt ytterligare användningsområde för det ultrahårda metallen, som redan används i många militära tillämpningar, halvledarindustrin och avancerad tillverkning.

Vi behandlade investeringsfallet för volfram i detalj i oktober 2024‑rapporten “Volfram – Det hemliga högteknologiska metallen”.

Sedan dess har Kina meddelat restriktioner för export av volfram, ett metall som 80 % produceras av Kina. Detta lämnar mycket få företag som kan leverera till västerländska industrier, oberoende av den kinesiska leveranskedjan.

Almonty Industries

Almonty är en volframgruvare som för närvarande producerar mest från en gruva i Portugal, som har varit i drift de senaste 125 åren.

Företaget har arbetat med att expandera den portugisiska gruvan och äger outvecklade fyndigheter i Spanien.

Källa: Almonty

Företagets viktigaste projekt är den pågående utvecklingen av en ny gruva i Sangdong, Sydkorea. Gruvan innehåller mer uppskattade resurser än alla dess andra fyndigheter tillsammans.

Källa: Almonty

Som en av de få aktiva och producerande volframgruvorna i västliga länder är Almonty en nyckelstrategisk leverantör för försvarsindustrin. Så det är ett viktigt företag för att minska beroendet av kinesisk leverans.

Sangdong-gruvans läge gör den till en perfekt leverantör för försvarsindustrin, med Sydkorea som en ny jätte i massproduktion av ”lågtekniska” militär utrustning som stridsvagnar, artilleri och ammunition (jämfört med mindre volframkrävande stridsflygplan, hangarfartyg etc.).

Medan Kina förbereder sig för att öppna en enorm volframgruva i Kazakstan, är Almonty redo att ”väsentligt förändra den politik som är involverad i att säkra volfram” när Almonty Korea Tungsten Projects Sangdong-gruva tas i drift inom några månader. När den påbörjar produktionen kommer den att bli en av världens största volframgruvor och stå för 30 % av den icke‑kinesiska leveransen.

Lewis Black, chef, president och VD för Almonty Industries (ALM )

Almonty bör börja producera volfram från den koreanska gruvan i början till mitten av 2025.

På grund av sin strategiska position som i praktiken den enda stora leverantören i väst, erbjöds Almonty ett garanterat pris av Plansee. Plansee är en tillverkare av högpresterande metaller och en av Almontys större kunder, samt ägare av 15 % av företaget.

Det garanterade minimipriset var $235/MTU (metrisk tonenhet), utan övre gräns. Eftersom Sangdong-gruvan siktar på kassakostnader på $110/MTU, bör detta i praktiken säkerställa en hög vinstmarginal för projektet.

Med en lyckligt nästan perfekt timing mellan den kommande öppningen av Sangdong och ett nytt handelkrig mellan Trumps Amerika och Kina, har aktiekursen reagerat kraftigt och stigit med 40 % på bara två dagar efter tillkännagivandet av volframexportrestriktioner från Kina.

Studierreferens:

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