Én enkelt atom ændrede alt

Forestil dig, at du holder et materiale så tyndt, at det nærmest er todimensionalt. Et sted inde i det snurrer små kvante-hvirvelvinde rundt og rundt.

Nu det sjove: Tenk dig, at du kan styre de hvirvelvinde præcis som en dirigent styrer et orkester — bare ved hjælp af en overflade, der nærmest ikke eksisterer.

Det er præcis, hvad forskere ved National Institute for Materials Science i Japan har opdaget. Og ja, min indre nørd larmer stadig.

Hvad er problemet med de der hvirvelvinde?

Lad mig springe lidt bagud.

Supraledere er de materialer, der kan lede elektricitet med absolut nul modstand. Ingen varme, intet spild, ingenting. Problemet? De virker kun, når de er iskoldt. Koldere end rummet.

Men selv i supraledere gemmer sig små banditter: kvantevirvler. De opstår, hvor magnetfelter trænger igennem materialet. Og når de begynder at flytte sig, skaber de modstand. Dermed ødelægger de det, der gør supraledere så fantastiske.

Tænk på det som en bil, der kører 800 kilometer på literen — bare for at nogle gnochoner bliver ved med at smide pinde i hjulene.

De atomare trin, ingen havde forventet

Forskerholdet, ledet af Takashi Uchihashi, undersøgte en ultratynd supraleder. Vi snakker materiale så tyndt, at det nærmest ikke kan betragtes som tredimensionalt.

De opdagede, at overfladen havde små trin. Hvert trin var præcis én atomhøjde.

Man skulle tro, at ét atomhøjt trin er ligegyldigt. Men nej. De små trin fungerer som mikroskopiske jernbanespor.

Forskerne fandt ud af, at virvlerne bevæger sig langs disse trin over 1.000 gange lettere end på tværs af dem. I kvanteverdenen er det ikke bare "ret godt" — det svarer til at gå fra at krybe gennem myldretid til at sus afsted på en tom motorvej.

Styr det ustyrlige

Det virkelig spændende? Forskerne kan faktisk justere effekten.

Ved at ændre temperatur eller magnetfeltstyrke kan de styre, hvor meget virvlerne følger de atomare spor. Der findes endda et optimalt punkt — mellem 0,10 og 0,20 tesla — hvor virvlerne flyder frit langs trinene uden at sætte sig fast på materialefejl.

Ved de koldeste temperaturer skete noget endnu mærkeligere. Virvlerne begyndte at bevæge sig via kvantetunnelering. Det er, når partikler ignorerer reglerne og suser igennem barrierer, der egentlig burde stoppe dem. Navnetunnelering er med vilkab.

Hvorfor skal du overhovedet interessere dig for det?

Her kommer den praktiske vinkel.

Supraledende teknologi bruges allerede i MR-skannere, partikelacceleratorer og eksperimentelle tog, der svæver på magneter. Men forestil dig, hvis vi kunne gøre denne teknologi mere effektiv, mere pålidelig — og måske endda praktisk til hverdagens elektronik.

Din telefon, din bærbare, datacentre der sluger strøm som var det slik — alt sammen kunne teoretisk set få gavn af supraledende komponenter. Vi taler om apparater, der stort set ikke udvikler varme og sipper energi i stedet for at bælle den i sig.

Forskningen antyder, at vi måske en dag kan kontrollere de irriterende virvler blot ved at designe overflader med den rigtige atomstruktur. Ingen avanceret ingeniørkunst — bare lad atomerne klare arbejdet.

Det er de små ting

Jeg elsker historier som denne, fordi de minder os om, hvor utroligt meget der sker på skalaer, vi ikke engang kan se.

Én atom. Én lille trin. Og pludselig har vi en ny metode til potentielt at tæmme kvanteverdenen.

Videnskab føles tit som om, det handler om at bygge større ting — kraftigere teleskoper, større partikelacceleratorer, større eksperimenter. Men her kom gennembruddet fra at holde øje med noget ufatteligt småt.

Næste gang nogen fortæller dig, at størrelse ikke betyder noget, kan du henvise til denne forskning. I kvanteverdenen kan én enkelt atom være nøglen til en mere bæredygtig fremtid.

Kilde: ScienceDaily