NUS Natuklasan ang Material na Walang Tanso na may Mataas na Temperatura ng Superkonduktibidad

Ang Potensyal ng Superkonduktibidad

Ang kuryente ay isa sa pinakamahalagang teknolohiya na kailanman naimbento ng sangkatauhan. Sa karaniwang anyo nito, palaging may kaakibat na antas ng resistansyang elektrikal, na nagdudulot ng init kapag dumadaloy ang kuryente.
Ito ay maaaring magdulot ng matinding limitasyon para sa ilang aplikasyon na nangangailangan ng napakalakas na kuryente o magnetic field, dahil maaaring matunaw ang anumang sistemang elektrikal.

Isang alternatibo ay ang superkonduktibidad, isang penomena kung saan ang resistansyang elektrikal ay bumababa sa zero. Gayunpaman, sa napakatagal na panahon, ito ay nakikita lamang sa napakababang temperatura, malapit sa absolute zero (0 K), o humigit-kumulang –273 °C/–387 °F.

Nagbago ito nang isang tuklas na ginawaran ng Nobel Prize sa Physics noong 1987: mga high‑temperature superconductor na gawa sa copper oxides.

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

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

Ang mga zero‑loss na linya ng kuryente ay maaari ring maging susi sa pagbuo ng ultra‑long grid connections na tumutulong mag‑buffer ng produksyon ng renewable energy sa iba’t ibang kondisyon ng panahon at time zones, na naglutas sa ilang limitasyon ng solar at wind power.

Pinagmulan: XOT Metals

High-Temperature Superkonduktibidad

Sa ngayon, ang pangangailangan ng mababang temperatura ay ginagawa lamang ang superkonduktibidad na ekonomikong praktikal para sa mga high‑end na aplikasyon: maglev, MRI, atbp.

At habang ito ay kawili‑wiling pang-agham, ang superkonduktibidad sa ilalim ng mataas na presyon ay medyo walang silbi pagdating sa praktikal na aplikasyon.

Maraming pag‑unlad ang naganap kamakailan sa larangan ng superkonduktibidad na maaaring magbago ng sitwasyon:

• Ngayon ay tila 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 metodong tinatawag na pressure‑quench protocol (PQP).
• Twisted bilayer ng WSe₂ (tungsten selenium) ay lumitaw na isang magandang kandidato para sa mas mataas na temperatura ng mga superconductor.
• Isa pang bagong klase ng potensyal na superconductor, ang bilayer nickelates, ay maaaring nadagdag din sa listahan ngayong taon.
• Pagkatapos ay lumitaw ang nakakagulat na kaso ng LK‑99 (isang anyo ng copper‑substituted lead apatite – CSLA), na posibleng bagong uri ng ambient‑pressure, room‑temperature superconductor.
  • Agad itong kinwestiyon at pinuna bilang isang hoax o error sa pagsukat, ngunit pagkatapos ay natuklasan ng ibang mga mananaliksik na maaaring may nangyayari nga.

Sa kabila ng mga bagong tuklas na ito, sa malaking bahagi, ang superkonduktibidad ay hindi pa lubos na nauunawaan, na may maraming haka‑haka upang subukang makahanap ng mga bagong materyal na may katangiang ito. Kaya’t kinakailangan ang mas mahusay na teoretikal na balangkas.

Isang piraso ng puzzle ang natagpuan noong Marso 2025, na may mas mahusay na pag‑unawa sa kung ano ang posibleng mas mataas na temperatura para sa superkonduktibidad (Tc).

Isa pa ay ang paglikha ng mga mananaliksik sa National University of Singapore ng isang bagong teoretikal na modelo na nagdala na sa pagtuklas ng copper‑free na materyal na superconductor. Ang tagumpay na ito ay kamakailan lamang inanunsyo sa prestihiyosong siyentipikong publikasyon na Nature¹, sa pamagat na “Bulk superconductivity near 40 K in hole‑doped SmNiO₂ at ambient pressure”.

New Superconductivity Model

Explaining Superconductivity

Ang mga mananaliksik ay nagtrabaho sa pagbuo ng isang bagong teoretikal na modelo na nagpapaliwanag kung paano gumagana ang superkonduktibidad. Ito ay isang komplikadong paksa, na maaaring ibuod nang mas simple sa ilang mahahalagang konsepto:

Cooper pairs, o dalawang electron na nagbubuklod sa pamamagitan ng isang quantum effect, ay isang susi sa paggawa ng materyal na superconductor.

Ang kondensasyon ng Cooper pairs ang lumilikha ng superkonduktibidad, alinsunod sa mga mananaliksik na unang nag‑explain ng superkonduktibidad (ang Bardeen–Cooper–Schrieffer theory, o BCS theory), at nag‑award ng Nobel Prize sa Physics noong 1972 para sa ideyang ito.

Ang phonons, o ang pag‑vibrate sa antas ng quantum ng lattice ng materyal, ang nagtutulak sa pagbuo ng mga electron pair sa Cooper pairs. Kapag sapat na ang bilang ng Cooper pairs, pinapayagan nito ang paggalaw ng mga electron sa buong materyal nang walang banggaan, na nag-aalis ng resistansyang elektrikal.

Pinagmulan: Fiveable

Predicting And Producing New Superconductors

Ang bagong modelo na nag‑predict ng pagbuo ng Cooper pairs ay tumutulong sa mga mananaliksik na hulaan ang maraming potensyal na superconductor, kabilang ang marami na walang copper atom.

Matagumpay nilang sinintetisa ang isa sa mga hinulaang materyal: samarium‑europium‑calcium‑nickel oxide (Sm‑Eu‑Ca)NiO₂.

“Tulad ng aming hinula at dinisenyo, ang non‑copper‑based superconducting oxide na ito ay nagpapakita ng high‑temperature superconductivity sa ilalim ng atmospheric pressure sa lebel ng dagat, nang hindi kailangan ng karagdagang compression—katulad ng copper oxides.

Ang natuklasang ito ay nagpapahiwatig na ang hindi tradisyonal na high‑temperature superconductivity ay hindi eksklusibo sa copper kundi maaaring mas laganap na katangian sa mga elemento ng periodic table.”

Dr. Stephen Lin Er Chow – Researcher at the National University of Singapore

Kinumpirma rin nila ang zero electrical resistance (superconductivity) nang higit sa 30 K sa compound na ito. Hindi lamang ito bagong materyal na susubukan, kundi patunay na ang modelong kanilang ginamit ay may predictive value, na nangangahulugang maaaring gumana rin ang iba pang hinulaang superconductor. Ito ang unang pagtuklas ng ganitong high‑temperature superconductor mula noong 1990s.

Pinagmulan: National University of Singapore

Ipinakita ni Zhaoyang Luo, isang PhD student sa National University of Singapore, ang mataas na kristalinidad at purong phase ng sinintetisang materyal gamit ang electron microscopy. Ginagawa nitong napaka‑stable ang bagong materyal, kaya’t isang magandang kandidato para sa posibleng hinaharap na industriyal na aplikasyon.

“Ito ang unang pagkakataon mula nang manalo ng Nobel na isang copper‑free high‑temperature superconducting oxide ay natagpuan na gumagana sa ambient pressure.

Dagdag pa, ang bagong materyal na ito ay lubos na stable sa ambient conditions, na lubos na nagpapabuti sa accessibility nito.”

Pr. Ariando – Professor at the National University of Singapore

Ang paraan ng paggawa ng bagong materyal ay medyo matibay din, nang walang structural defect na lumilitaw habang ginagawa ito, na lalo pang nagpapataas ng potensyal para sa praktikal na aplikasyon.

Applications And Future Development

Ngayon na mayroon na silang mas matibay na teoretikal na balangkas, maaaring subukan ng mga mananaliksik na i‑fine‑tune ang ilang tiyak na parameter ng mga superconducting material. Kabilang dito ang mga atomic at molecular characteristics tulad ng electronic occupancy shifting at hydrostatic pressure.

Maaaring magbukas ito ng daan sa ganap na bagong uri ng mga superconductor o marahil isang bagong pamilya ng mga superconductor na may mas mataas pang operating temperature.

Anumang mas mataas na temperatura ng superconductor na maaaring gawin sa malakihang sukat ay maaaring magdulot ng dalawang pangunahing epekto:

• Lubos na pagbawas ng gastos ng mga teknolohiyang kasalukuyang gumagamit ng superconductor, na magde‑demokratisa ng kanilang paggamit, lalo na sa mga maglev at MRI.
• Pagbubukas ng mga bagong larangan ng paggamit, lalo na kung ang Tc temperature ay umabot na sa antas na katumbas ng liquid nitrogen (–196 °C / –320 °F), isang mas mura at madaling gawin na coolant kumpara sa mga kasalukuyang ginagamit para sa superconducting material.
  • Ang mga bagong aplikasyon na ito ay maaaring isama ang power transmission, energy storage, lasers, barko, space propulsion & access to orbit (mass drivers), atbp.

Ang obserbasyong ito ay may malalim na implikasyon para sa parehong teoretikal na pag‑unawa at eksperimental na realisasyon ng mas malawak na saklaw ng mga superconducting material na may praktikal na aplikasyon sa modernong electronics,

Pr. Ariando – Professor at the National University of Singapore

Leaders in Superconductivity Solutions

Ang AMSC ay isang kumpanya na nagbibigay ng energy solutions para sa power grid, mga barko, at wind energy. Sa pangkalahatan, kung mas malaki o mas power‑hungry ang isang sistema, mas marami itong nangangailangan ng superconducting technology upang maiwasan ang overheating.

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

Ang kumpanya ay sumasabay sa maraming growth drivers, mula sa trend ng electrification, at digitalization (kasama ang AI datacenters), ngunit pati na rin ang reshoring ng US manufacturing capacities at ang pangangailangan ng mga Navy ng Anglosphere na mag‑modernize bilang tugon sa tumataas na geopolitical risks.

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

Sa segment ng power supply, nakakita ang AMSC ng patuloy na pagtaas ng mga order. Ito ay pinasigla ng mga semiconductor fabs na nais protektahan mula sa pag‑fluctuate ng power grid, pagtulong sa grid na harapin ang intermittent nature ng renewables, at power supply & controls sa mga industrial site.

Sa segment ng wind turbine, ang AMSC ay karamihang aktibo sa Electrical Control System (ECS). Historically, ang ESC ay isang malakas na segment para sa kumpanya kasama ang 2 MW wind turbines, ngunit ito ay unti‑unting bumaba. Layunin ng AMSC na makabawi sa pamamagitan ng bagong 3 MW turbine design, na may espesyal na pokus sa Indian market.

Pinagmulan: American Superconductor Corporation

Para sa military ships, nagbibigay ang ASMC ng “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure,” isang sistema upang baguhin ang magnetic signature ng mga barko upang protektahan ang mga ito mula sa sea mines. Ibinebenta ito sa US, Canadian, at UK navies, na may $75 M na halaga ng mga order hanggang ngayon.

Sa pangkalahatan, ang ASMC ay pinakamahusay sa pag‑leverage ng superconductor technology sa mga niche application na viable ngayon, habang malamang na handa nang ilunsad ang karagdagang mga pag‑unlad sa hinaharap. Dapat ding tandaan ng mga mamumuhunan na ang stock ay nakaranas ng matinding volatility noon, at dapat nilang kalkulahin ang mga panganib nang naaayon.

Latest on American Superconductor Corporation

Studies Referenced:

^{1. Chow, S.L.E., Luo, Z. & Ariando, (2025) A. Bulk superconductivity near 40 K in hole-doped SmNiO2at ambient pressure. Nature. 20 Marso 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08893-4}