LK-99‑superledaren skulle vara ett stort steg framåt för databehandling och vår förståelse av materialvetenskap

De flesta teknologiska framsteg är blygsamma till sin natur, långsamt byggande på tidigare generationer.  Men då och då sker ett genombrott inom materialvetenskap som inte bara är ett steg, utan ett språng framåt.  Om ett team av forskare i Korea har rätt i sina senaste fynd kring supraledare, kan de ha gett världen ett av dessa genombrott.

I nuläget påstår forskarteamet att de har upptäckt en supraledare tillverkad utan exotiska material och som är stabil och funktionell både under

• normalt tryck
• rumstemperatur

Denna supraledare, som är en modifierad bly‑apatitstruktur, kallas för närvarande ‘LK-99’.  I sin artikel säger teamet,

“För första gången i världen rapporterar vi framgången med att syntetisera en rumstemperatur‑ och normalt tryck‑supraledare med ett kemiskt tillvägagångssätt för att lösa temperatur‑ och tryckproblemet. Vi namngav den första rumstemperatur‑ och normalt tryck‑supraledaren LK-99.”

Nedan tar vi en kort titt på vad en supraledare är och vad det innebär framöver.

Vad är supraledare?

Innan vi ser på varför supraledare är så eftertraktade måste vi först förstå vad de faktiskt är.  I detta avseende är supraledare material som kan leda elektricitet eller transportera elektroner från en atom till en annan utan motstånd.  Detta innebär att elektrisk ström kan flöda genom materialet utan någon energiförlust.  Genom att kunna möjliggöra elöverföringar utan förluster möjliggör supraledare extremt effektiva energisystem.

Intressant nog är supraledning ett kvantmekaniskt fenomen som vanligtvis uppträder i utvalda material och endast inom ett smalt intervall av parametrar.  Oftast vid extremt låga temperaturer som närmar sig den absoluta nollpunkten (-273,15 grader Celsius eller -459,67 grader Fahrenheit).

Det är också värt att notera att de unika egenskaperna hos supraledare inte bara begränsas till effektiv energitransfer.  De omfattar även starka magnetfält, vilket gör dem ovärderliga för tillämpningar som magnetresonanstomografi (MRI)-maskiner på sjukhus och maglev (magnetisk levitation) tåg.

YouTube-kanalen Techquickie förklarar detta väl i ett tidigare avsnitt av ‘Fast as Possible’.

För närvarande finns det två typer av allmänt accepterade supraledare.  Dessa inkluderar,

1. Typ‑I‑supraledare: Dessa material uppvisar supraledning vid mycket låga temperaturer och under låga magnetfält.  De är vanligtvis rena metaller som aluminium, kvicksilver och bly.
2. Typ‑II‑supraledare: Dessa är vanligtvis metalliska föreningar eller legeringar som uppvisar supraledning vid relativt högre temperaturer och under höga magnetfält.  Exempel inkluderar niobium‑tin (Nb3Sn) och yttrium‑barium‑koppar‑oxid (YBCO).

Viktigt är att temperaturer är relativa.  Det betyder att medan typ‑II‑supraledare är kända som högtemperaturvarianter, är detta i jämförelse med typ‑I.  Faktum är att de fortfarande kräver temperaturer som är alltför låga för att vara praktiska i vardagliga tillämpningar.

Varför är en rumstemperatur‑ och normalt tryck‑supraledare så eftertraktad?

Upptäckten av en rumstemperatur‑ och normalt tryck‑supraledare skulle ha djupgående konsekvenser för teknik och vetenskap som helhet.  Här är några potentiella tillämpningar och effekter.

1. Energitransmission: Supraledare kan leda elektrisk ström utan någon förlust på grund av motstånd.  Detta skulle göra energitransmission extremt effektiv, potentiellt revolutionera vårt elnät och minska energispill.
2. Magnetisk levitation (maglev)‑tåg: Med rumstemperatur‑supraledare skulle konstruktion och drift av maglev‑tåg bli mycket mer praktisk och kostnadseffektiv.  Dessa tåg skulle kunna färdas med mycket höga hastigheter med minimal energianvändning.
3. Medicinteknik: Högkvalitativa, mer effektiva MRI‑maskiner och andra medicinska avbildningsenheter skulle kunna utvecklas eftersom de förlitar sig på supraledande magneter.
4. Kvantberäkning: Supraledare är redan nyckeln till vissa typer av kvantdatorer (som de som byggs av IBM och Google), men dessa måste för närvarande kylas till extremt låga temperaturer.  Rumstemperatur‑supraledare skulle göra kvantdatorer mer praktiska, vilket potentiellt kan påskynda utvecklingen av denna kraftfulla nya teknik.
5. Energilagring: Supraledare kan användas för att skapa högkapacitets‑ och effektiva energilagringssystem, kända som supraledande magnetiska energilagringssystem (SMES).  Dessa kan spela en avgörande roll i en framtid med förnybar energi.
6. Vetenskaplig forskning: Många vetenskapliga instrument och experiment (till exempel inom partikel­fysik) skulle kunna göras mer effektiva och enklare att genomföra med rumstemperatur‑supraledare.

I grund och botten kommer alla maskiner, enheter eller processer som är beroende av elektricitet eller hindras av friktion att dra enorm nytta både funktionellt och ur ett effektivitetsperspektiv.

Upptäckten av en rumstemperatur‑ och normalt tryck‑supraledare är på inget sätt en ‘flashig’ vetenskaplig nyhet.  Detta förändrar dock inte betydelsen av en sådan upptäckt och kräver att man faktiskt tänker på och överväger hur den potentiellt kan förändra vår värld.

Områden som kan omvälvas av LK-99

Som nämnts ovan finns det otaliga områden som kan dra nytta av en sådan supraledare.  Teamet bakom LK-99 understryker detta och säger,

“LK-99 är ett mycket användbart material för studiet av supraledningspussel vid rumstemperatur. All evidens och förklaring pekar på att LK-99 är den första rumstemperatur‑ och normalt tryck‑supraledaren. LK-99 har många möjligheter för olika tillämpningar såsom magnet, motor, kabel, levitationståg, kraftkabel, qubit för en kvantdator, THz‑antenner, etc. Vi tror att vår nya utveckling kommer att bli en helt ny historisk händelse som öppnar en ny era för mänskligheten”

Även om det finns en mängd vetenskapliga fält och industrier som skulle omvälvas av tillgång till en rumstemperatur‑ och normalt tryck‑supraledare, finns det potentiellt ett område som skulle gynnas mest – databehandling.

Databehandling – oavsett om det gäller Bitcoin‑mining, smartphones, datacenter etc. – kommer att dra stor nytta av ökad miniaturisering, energieffektivitet och bearbetningshastigheter.  Oavsett om det sker genom minskad värmeutveckling, lägre latens eller något helt annat, har supraledare potentialen att inleda den verkliga nästa generationen av datorer.

Skepticism råder kring LK-99

OM forskarteamet bakom den ovan nämnda artikeln har rätt i sina fynd kring LK-99, kommer de resulterande fördelarna för mänskligheten att vara enorma.  Det finns dock en betydande asterisk som hänger över deras resultat – avsaknad av peer review.

Med tanke på att forskare världen över har sökt efter en supraledare med normalt tryck och rumstemperatur i årtionden, finns det naturligtvis en sund mängd skepticism kring de påståenden som görs.  För att denna skepticism ska avta måste teamets fynd återskapas på ett kontrollerat och repeterbart sätt.  Peer‑review‑processens betydelse är mångfacetterad och inkluderar,

1. Kvalitetskontroll: Den omedelbara funktionen för peer review är att säkerställa kvaliteten på artiklar som publiceras i vetenskapliga tidskrifter. Granskare utvärderar kritiskt en studies metodik, statistik och presentation av resultat för att säkerställa att slutsatserna stöds av data.
2. Validering av forskningen: Peer‑granskare validerar forskningsmetodiken och resultaten. De avgör om forskningsmetoderna är lämpliga och har tillämpats korrekt. De verifierar också att fynden härstammar från data och att data tolkas korrekt.
3. Oetiska metoder: Peer review hjälper till att förhindra plagiering, dataförfalskning och andra oetiska metoder i vetenskaplig forskning. Granskare har i uppgift att upptäcka misstänkta mönster eller inkonsekvenser som kan tyda på sådana missbruk.
4. Standardisering: Genom att upprätthålla standardvetenskapliga konventioner och förväntningar främjar peer review konsistens och sammanhållning inom ett vetenskapligt område.
5. Trovärdighet: Peer review ger trovärdighet åt en forskningsartikel. Andra forskare, liksom allmänheten, betraktar ofta peer‑review‑granskade arbeten som mer pålitliga eftersom de har genomgått denna nivå av granskning.

Var och en av dessa punkter är viktiga eftersom de tillsammans underlättar en verifierbar vetenskaplig utveckling.  Peer‑review‑granskade verk ger forskare världen över en grund att bygga sina nästa experiment eller uppfinningar på.

Det är dock också viktigt att notera att peer‑review‑processen inte är perfekt och har sina begränsningar.  Den kan ibland missa stora fel eller bedrägerier, och det kan finnas bias i processen.  Trots sina potentiella brister är peer review för närvarande det bästa verktyg vi har för att upprätthålla kvaliteten och integriteten i vetenskaplig litteratur.

Om det bevisas sant

Idén om LK-99 är lockande men måste bevisas sann.  Lyckligtvis bör det inte dröja länge innan detta är fallet, och på grund av de potentiella tillämpningarna för ett sådant material finns det redan forskare världen över som arbetar med just detta.  Om allt stämmer kommer det utan tvekan att finnas ett enormt intresse för att utnyttja LK-99 i verkliga tillämpningar och förbättra vad det kan erbjuda.