Posible Ba Ang Superkonduktor Na May Room-Temperature? Sinasabi ng QMUL na Oo

Mga Limitasyon ng Superkonduktibidad

Ang kuryente ay isa sa mga pinaka-makapangyarihang teknolohiya sa kasaysayan, na nagbibigay-daan sa paghahatid ng napaka-kapaki-pakinabang na anyo ng enerhiya sa malalayong distansya. Ngunit ang bawat “normal” na sistemang elektrikal ay mayroong resistensya, na nagreresulta sa pagbuo ng init kapag may inilalapat na kuryente.

Mayroong alternatibo: ang tinatawag na mga superconductive na materyales. Ang mga superconductive na materyales ay may resistensyang elektriko na zero, na nagpapahintulot sa paggamit ng napakalakas na kuryente nang hindi nagbubuo ng init.

Kung wala ang superkonduktibidad, maraming makabagong teknolohiya ang hindi magiging posible, kabilang ang mga particle accelerator (halimbawa, ang CERN), MRI, at maglev na tren.

Ang superkonduktibidad ay magiging mahalagang sangkap ng mga pinaka-promising na megaproject at teknolohikal na inobasyon, tulad ng ITER at nuclear fusion, mass drivers, quantum computers, atbp.

Ang mga linya ng kuryente na walang pagkawala ay maaari ring maging mahalaga sa pagbuo ng napakahabang koneksyon ng grid na tumutulong mag-buffer ng produksyon ng renewable energy sa iba’t ibang kondisyon ng panahon at time zone, na naglutas ng ilang limitasyon ng solar at wind power.

Pinagmulan: XOT Metals

Gayunpaman, ang superkonduktibidad ay nakamit lamang hanggang ngayon para sa mga materyales na nagpapakita nito sa napakababang temperatura, halos ilang antas lamang lampas sa absolute zero. O sa napakataas na presyon. O pareho.

Ginagawa nitong hindi lamang napakakomplikado para sa kahit sino kundi para sa mga pinaka-demanding na aplikasyon (maglev, MRI, atbp.) kundi napakamahal din, kaya hindi ito praktikal para sa maraming aplikasyon na maaaring makinabang mula sa superconductive na materyal o anumang malakihang paggamit.

Maraming Landas Patungo sa Superkonduktibidad

Mukhang ngayon, ang materyal na ginawa sa mataas na presyon ay maaaring mapanatili ang ilan sa kanyang superkonduktibidad sa mas mababang presyon sa pamamagitan ng isang eksperimental na pamamaraan na tinatawag na pressure-quench protocol (PQP).

Kamakailan, ang twisted bilayer ng WSe₂ (tungsten selenium) ay lumitaw na isang magandang kandidato para sa mga superkonduktor na may mas mataas na temperatura.

Isa pang bagong klase ng potensyal na superkonduktor, ang bilayer nickelates, ay maaaring nadagdag din sa listahan ngayong taon.

Ang problema sa paghahanap ng mga bagong materyales na superkonduktor sa mas mataas na temperatura ay hindi talaga natin nauunawaan kung paano ito gumagana. Mas totoo pa ito para sa high-temperature o room-temperature na superkonduktibidad. Sa isang panahon, inakala itong ganap na imposible.

Pagkatapos ay lumitaw ang nakakalitong kaso ng LK-99 (isang anyo ng copper-substituted lead apatite – CSLA), na posibleng bagong uri ng ambient-pressure, room-temperature na superkonduktor. Agad na kinontra at sinuri ang pahayag bilang isang hoax o pagkakamali sa pagsukat, ngunit pagkatapos ay natuklasan ng ibang mga mananaliksik na maaaring may nangyayari nga.

Ang bagong pag-unlad sa teoretikal na pisika, na ginawa ng mga mananaliksik sa QMUL (Queen Mary University of London), University of Cambridge, at Intellectual Ventures, ay maaaring magbigay-liwanag kung paano maaaring maging posible ang room-temperature na mga superkonduktor.

Inilathala nila ang kanilang mga resulta¹ sa Journal of Physics: Condensed Matter, sa pamagat na “Upper bounds on the highest phonon frequency and superconducting temperature from fundamental physical constants”.

Pag-unawa sa Limitasyon ng T_C 

Ang bawat superconducting na materyal ay tinutukoy ng isang halaga na tinatawag na T_C (Critical Temperature). Para sa karamihan ng mga materyal na may superconducting na pag-uugali, ang T_C ay halos ilang antas lamang lampas sa absolute zero.

Gayunpaman, ang bagong pananaliksik na ito ay nagpatuloy upang tuklasin kung ano ang mga teoretikal na limitasyon ng T_C.

Ang ganitong limitasyon ay tinutukoy ng mga pangunahing puwersa at constants ng Uniberso, tulad ng masa ng electron, charge ng electron, at ang Planck constant.

Pinatunayan ng gawaing ito na ang mga constants na ito ay “nagbibigay ng pinakamataas na hangganan para sa frequency ng mga phonon sa mga condensed matter phase, o kung gaano kabilis maaaring umogting ang isang atom sa mga phase na ito”. Ito, sa kalaunan, ay nagtatakda ng mababa at mataas na saklaw ng posibleng TC dahil ang mga phonon ang nag-uugnay kung anong superconducting temperature ang maaaring mangyari.

Mataas at Mababa na Limitasyon para sa T_C

Ang matematika at particle physics na ginamit upang matukoy kung anong T_C ang posible o hindi ay medyo kumplikado at lampas sa saklaw ng mga hindi espesyalista. Upang magbigay ng halimbawa mula mismo sa siyentipikong papel sa kanyang introduksyon:

“Sa aming density functional theory (DFT) calculations, gumagamit kami ng katulad na mga pamamaraan sa aming naunang papel. Kabilang dito ang paggamit ng Perdew–Burke–Ernzerhof exchange-correlation functional, isang energy cutoff na 1200 eV at isang k-point grid na may spacing 2π×0.025Å−1 upang i-sample ang electronic Brillouin zone.”

Upang mapadali, ang modelong binuo ng mga mananaliksik ay nagsusuri kung gaano kataas ang oscillation frequency ng isang atom sa mga solid o likido.

Ito ay magtatakda ng pinakamataas na limitasyon para sa superconductivity T_C sa 100 hanggang 1,000°K, o -173.15 hanggang 726°C / -279 hanggang 1340°F. Ilalagay nito ang superconductivity, kahit sa teorya, na ganap na magagawa sa mga temperatura ng silid.

Matibay nitong inilalagay ang room temperature sa posibleng zona kung saan posible ang superconductivity, na radikal na binabago ang ating dating pananaw na ang room-temperature superconductivity ay isang teoretikal na imposibilidad.

Mas Malalim na Pag-unawa sa Uniberso

Ang mga resulta ay naipakita nang independiyenteng nakumpirma sa isang hiwalay na pag-aaral, na nagpapatunay na ang mas detalyadong teoretikal na pagsusuri ay malamang na tumugma sa pisikal na realidad.

Dapat nitong lubos na pasiglahin ang larangan ng pananaliksik sa superconductivity, dahil ngayon ay may teoretikal na balangkas na mas mahusay na nagpapaliwanag kung bakit posible ang mga room-temperature superconductor.

“Ang pagtuklas na ito ay nagsasabi sa atin na ang room-temperature superconductivity ay hindi tinatanggihan ng mga pangunahing constants. Nagbibigay ito ng pag-asa sa mga siyentipiko: ang pangarap ay buhay pa rin.”
Professor Pickard – Physics Professor at the University of Cambridge

Ang ganitong mas malalim na pag-unawa kung paano kumikilos ang condensed matter sa antas ng particle ay dapat magbigay din ng mga resulta sa ibang larangan, tulad ng agham ng materyales, electronics, o plasma physics.

Mga Hinaharap na Aplikasyon

Ang mga room-temperature superconductor ay magiging isang agarang kahanga-hangang materyal kung mauunawaan nang sapat para sa paggawa nito sa malakihang sukat.

Ang unang agarang epekto ay ang pagbawas ng gastos ng mga kagamitan na gumagamit na ng superconductivity, tulad ng MRI, maglev na tren, advanced turbines at generators, particle accelerators, experimental fusion reactors, atbp.

Magbibigay din ito ng posibilidad sa teknolohiya na hanggang ngayon ay hindi kailanman nagawa o napakamahal dahil sa teknikal na limitasyon ng low-temperature na mga superconductor.

Kabilang dito ang hyperloop na mga tren, mass drivers para maabot ang orbit, komersyal na nuclear fusion, intercontinental na koneksyon ng grid, atbp. Ang bawat isa sa mga ito ay teknolohiyang magbabago magpakailanman sa landas ng sibilisasyon ng tao.

Mga Nangunguna sa Solusyon ng Superkonduktibidad

Ang AMSC ay isang kumpanya na nagbibigay ng mga solusyon sa enerhiya para sa power grid, mga barko, at wind energy. Sa pangkalahatan, kung mas malaki o mas maraming kuryente ang kinakailangan ng isang sistema, mas marami itong nangangailangan ng superconducting na teknolohiya upang maiwasan ang sobrang pag-init.

Sa kabila ng pangalan nito, ang ASMC ay hindi lamang naglalaan ng mga superconductor system kundi pati na rin, halimbawa, mga gear drivetrain para sa wind turbines.

Ang kumpanya ay sumasabay sa maraming growth driver, mula sa trend ng electrification, at digitalization (kasama ang AI datacenters), pati na rin ang reshoring ng mga kapasidad ng paggawa sa US at ang pangangailangan ng mga Navy ng Anglosphere na mag-modernize bilang tugon sa lumalaking geopolitical na panganib.

Pinagmulan: American Superconductor Corporation

Sa segment ng power supply, nakakita ang AMSC ng patuloy na pagtaas ng mga order. Ito ay pinasigla ng mga semiconductor fab na naghahangad na maprotektahan mula sa mga pag-fluctuate ng power grid, tumutulong sa grid na harapin ang intermittent na katangian ng renewable, at power supply & controls sa mga industriyal na site.

Pinagmulan: American Superconductor Corporation

Sa segment ng wind turbine, ang AMSC ay karamihang aktibo sa Electrical Control System (ECS). Historikal, ang ESC ay isang malakas na segment para sa kumpanya sa mga 2MW wind turbine, ngunit ito ay unti-unting bumaba. Layunin ng AMSC na makabawi dahil sa bagong 3MW turbine design, na may espesyal na pokus sa merkado ng India.

Pinagmulan: American Superconductor Corporation

Para sa mga militar na barko, naglalaan ang ASMC ng “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure,” isang sistema upang baguhin ang magnetic signature ng mga barko upang protektahan ito mula sa mga sea mine. Ito ay ibinibenta sa mga navy ng US, Canada, at UK, na may $75M na halaga ng mga order hanggang ngayon.

Sa pangkalahatan, ang ASMC ay pinakamahusay na nagagamit ang teknolohiyang superconductor sa mga niche na aplikasyon na magagamit ngayon, habang malamang na handa nang ilunsad ang karagdagang mga pag-unlad sa hinaharap. Dapat ding mapansin ng mga mamumuhunan na ang stock ay nakaranas ng matinding volatility noon, at dapat nilang kalkulahin ang mga panganib nang naaayon.

Pinakabagong Balita sa American Superconductor Corporation

Mga Sangguniang Pag-aaral:

^{1. K Trachenko, B Monserrat, M Hutcheon and Chris J Pickard.(2025) Upper bounds on the highest phonon frequency and superconducting temperature from fundamental physical constants. Journal of Physics: Condensed Matter. 37165401. 13 Marso 2025. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/adbc39}