Superconductivity sa Twisted Bilayer WSe₂: Isang Bagong Kumpitensya ng Graphene?

Isang Bagong Superconductive na Materyal

Superconductivity ay isang phenomenon na, kung mapapamahalaan sa malawak na sukat at mababang gastos, ay magbabago ng sibilisasyon ng tao. Ito ay dahil, para sa karamihan ng mga high-tech na aplikasyon, ang antas ng kapangyarihan o magnetic field na kinakailangan ay maaari lamang mapangasiwaan ng mga superconducting na materyales, kung saan ang anumang electrical resistance ay magdudulot ng labis na pag-init.

Isang pangmatagalang isyu ay na halos lahat ng kilalang superconducting na materyales ay magagamit lamang sa napakababang temperatura, kadalasan sa paligid ng 4°K (lamang 4 na degree higit sa absolute zero).

Ginagawa nitong posible lamang ang superconductivity kapag pinagsama sa liquid helium, isang cooling fluid na napakahirap gawin dahil sa napaka-enerhiya na proseso.

Sa mahabang panahon, ang graphene, isang 2D mono-layer ng carbon, ay itinuturing na magandang kandidato para sa mas praktikal na superconductivity.

Gayunpaman, lumalabas na ang mga katangiang nagpapangako sa graphene ay maaaring ilapat sa ibang mga materyales tulad ng tungsten, na nagbubukas ng paghahanap para sa isang bagong superconducting na materyal. Ang pagtuklas na ito ay resulta ng trabaho ng mga mananaliksik mula sa Columbia University, University of Tennessee, at National Institute for Materials Science (Japan). Inilathala nila ang kanilang mga resulta sa kilalang Nature¹ sa pamagat na “Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe2”.

Mga Pangako ng Superconductivity

Ang mas mura at mas mataas na temperatura na superconducting na materyales ay ganap na magbabago sa mga posibleng aplikasyon ng teknolohiya. Ito ay magpapahintulot sa mga paraan ng paglamig tulad ng liquid nitrogen, o kahit na ang teknolohiyang paglamig na ginagamit sa mga freezer na nag-iimbak ng mga bakunang mRNA, upang palitan ang mas energy‑intensive na alternatibo.

Sa pagitan ng mga bagay na maaaring gawin ng mga higher‑temperature superconductors ay maaaring banggitin:

• Mas Magandang MRI, na may mas mataas na resolusyon at mas mura sa paggawa at operasyon, nagpapahintulot na ito ay maging mas pangkaraniwang medikal na pagsusuri.
• Mga electromagnetic thrust drive system (tinatawag ding magnetohydrodynamic (MHD) drives) na nagtutulak ng mga barko sa pamamagitan ng pag‑elektripika ng tubig‑dagat.
• Mas malakas at mas epektibong electric na makina.
• Mas mataas na densidad at mas ligtas na mga baterya gamit ang Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES).
• Superconductive limiters, switches, at fuses para mapabuti ang imprastruktura ng electric grid.
• Long-distance power transmission nang walang pagkawala, na maaaring magpataas ng kahusayan ng renewable energy, halimbawa, kung ang mga solar panel na nasa araw ay nagpapakain ng isang lungsod na libu‑libong kilometro ang layo.
• Mas mura at mas madaling panatilihin na maglev trains o sa hinaharap ay mga Hyperloop system.
• Sensors/magnetometers (Superconducting Quantum Interference Devices – SQUIDS) para sa aplikasyon sa mga industriyal na setting.
• Superconducting quantum computing
  • (maaari mong basahin ang higit pa tungkol sa pag‑usad ng quantum computing sa aming artikulo “The Current State of Quantum Computing ”).
• Defense & Aerospace applications, kabilang ang radiation shields, electromagnetic launches, magnetic bearings, sensors, railguns, coil guns, lasers, at iba pang energy weapons.

May posibilidad na ang high‑temperature superconductivity ay maaaring makamit gamit ang copper‑substituted lead apatite (CSLA), ngunit ang pahayag na ito ay patuloy na mainit na pinagtatalunan ng mga siyentipikong dalubhasa sa larangang ito, ilang taon pagkatapos.

Superconductivity ng Graphene

Habang ang graphene ay isang napakabisa na conductor ng kuryente kapag nasa simpleng layer, maaari itong maging superconductor kapag hugis “twisted bilayer”. Ito ay kapag ang 2 layer ay bahagyang hindi naka‑align, na may 1.1° na pagkakaiba, na tila ang magic angle para sa graphene.

Noong Nobyembre 2024, ito ay pinatunayan sa matematika na ang ganitong bilayer ay maaaring manatiling superconducting sa mga temperatura na kasing taas ng 60°K (-213°C / -351 °F).

Mula pa noong 2020, isa pang materyal ay pinaghihinalaang nagpapakita ng katulad na katangian: tungsten‑selenium (WSe₂).

Pinagmulan: Max Planck Institute

Superconductivity ng Tungsten Selenium

Hanggang ngayon, ang mga phenomenon na may kaugnayan sa superconductivity ay natuklasan sa maraming materyales na bahagi ng tinatawag na transition metal dichalcogenides (TMDs) na klase.

Gayunpaman, tiyak na kinukumpirma ng bagong pananaliksik ang superconductivity sa 5.0° (anggulo ng pagkakaiba sa pagitan ng mga layer, hindi temperatura) twisted bilayer WSe2.

Ito ay lalong malakas sa mababang temperatura sa eksperimentong ito (426 millikelvins), ngunit ipinapakita pa rin na ang bilayer superconductivity ay maaaring gawin ng ibang layered na materyales bukod sa graphene.

Ang twisted bilayer WSe2 ay nagpakita rin ng malinaw na hangganan sa pagitan ng superconducting at magnetic phases sa mababang temperatura, na maaaring magpaliwanag sa mga mekanismong nasa likod kung bakit ito ay superconductive.

Mas Mahusay Kaysa sa Graphene?

Kung ang mga TMD na materyales ay maaaring maging superconducting, maaaring mas mahusay pa ito kaysa sa graphene.

Ang dahilan ay ang mga TMD na materyales ay nagpapakita rin ng maraming iba pang kanais‑nais na katangian na wala sa graphene, tulad ng native band gap, malaking spin‑orbit coupling, spin‑valley locking, at magnetismo.

Sa aspetong iyon, ito ay tila katulad ng isa pang uri ng advanced meta‑materials, kagome materials, na nagpapakita rin ng superconductivity kasama ang magnetism, habang karaniwan itong dalawang phenomenon na hindi sabay na nangyayari.

Sa pangkalahatan, tila ang larangan ng superconductivity ay mabilis na umuunlad at binabago ang mga dating palagay ng disiplina tungkol sa kung ano ang posible at hindi posible.

Kumpanya ng Tungsten

Kung mapatunayan na ang tungsten bilayers ay superconductive, ito ay magiging mahalagang karagdagang gamit para sa ultra‑hard na metal, na ginagamit na sa maraming military na aplikasyon, industriya ng semiconductor, at advanced manufacturing.

Tinatalakay namin nang detalyado ang investment case para sa tungsten sa ulat ng Oktubre 2024 na “Tungsten – The Secret High‑Tech Metal”.

Mula noon, inanunsyo ng China ang mga restriksyon sa pag‑export ng tungsten, isang metal na 80% ay ginagawa ng China. Ito ay nag‑iiwan ng napakakaunting kumpanya na makapag‑supply sa mga Western na industriya, nang hiwalay sa Chinese supply chain.

Almonty Industries

Ang Almonty ay isang tungsten miner na kasalukuyang karamihan ng produksyon ay mula sa isang minahan sa Portugal, na nagpapatakbo na sa nakalipas na 125 taon.

Ang kumpanya ay nagtrabaho sa pagpapalawak ng minahan sa Portugal at nagmamay‑ari ng mga hindi pa nade‑develop na deposito sa Spain.

Pinagmulan: Almonty

Ang pinakamahalagang proyekto ng kumpanya ay ang patuloy na pag‑develop ng isang bagong minahan sa Sangdong, South Korea. Ang minahan ay naglalaman ng higit pang inferred resources kaysa sa lahat ng iba pa nitong deposito na pinagsama.

Pinagmulan: Almonty

Bilang isa sa iilan lamang na aktibo at gumagawa ng tungsten miners sa mga Western na bansa, ang Almonty ay isang mahalagang strategic supplier para sa defense industry. Kaya ito ay isang importanteng kumpanya para mabawasan ang pag‑asa sa Chinese supply.

Ang lokasyon ng minahan ng Sangdong ay ginagawa itong perpektong supplier para sa defense industry, kung saan ang South Korea ay isang bagong higante sa mass production ng mga “low tech” na kagamitang militar tulad ng mga tangke, artillery, at ammunition (kumpara sa mga fighter jets, aircraft carriers, atbp. na mas kaunti ang pangangailangan ng tungsten).

Habang naghahanda ang China na magbukas ng isang napakalaking tungsten mine sa Kazakhstan, ang Almonty ay handang “malaking baguhin ang pulitika na kaugnay ng pag‑secure ng tungsten” kapag ang Almonty Korea Tungsten Project’s Sangdong mine ay operational sa loob ng ilang buwan. Kapag nagsimula na ang produksyon, ito ay magiging isa sa pinakamalaking tungsten mine sa mundo, na kumakatawan sa 30% ng non‑Chinese supply.

Lewis Black, director, president, and CEO of Almonty Industries (ALM )

Dapat magsimulang mag‑produce ng tungsten ang Almonty mula sa Korean mine sa unang bahagi hanggang gitna ng 2025.

Dahil sa kanyang estratehikong posisyon bilang halos nag‑iisang malaking supplier sa Kanluran, inalok ang Almonty ng garantisadong presyo ng Plansee. Ang Plansee ay isang high‑performance metal manufacturer at isa sa mga mas malaking kliyente ng Almonty, pati na rin ang may‑ari ng 15% ng kumpanya.

Ang minimum na garantisadong presyo ay $235/MTU (metric ton unit), nang walang itaas na limitasyon. Dahil ang Sangdong Mine ay naglalayon ng cash costs na $110/mtu, dapat itong halos matiyak ang mataas na profit margin para sa proyekto.

Sa halos perpektong timing sa pagitan ng nalalapit na pagbubukas ng Sangdong at ng bagong trade war sa pagitan ng Amerika ni Trump at China, ang presyo ng stock ay tumugon nang malakas at tumaas ng 40% sa loob lamang ng 2 araw matapos ang anunsyo ng restriksyon sa pag‑export ng tungsten mula sa China.

Reference ng Pag-aaral:

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