Se nerokas kikka, jolla tutkijat tekivät suprajohteista käytännöllisempiä

Tarvitsen hetken, että kertoa teille jotain. Tämä on asia, joka on vaivannut tutkijoita vuosikymmeniä – ja nyt he keksivät kiertotien, joka on oikeasti aika fiksu.

Energiaa menee hukkaan koko ajan

Oletteko koskaan miettineet, miksi puhelimen laturi tuntuu lämpimältä? Tai miksi kannettavan tuuletin alkaa hurista, kun avaatte liian monta välilehteä?

Se on energiaa, joka karkaa lämpönä. Joka kerta. Tuhansia kertoja päivässä.

Vähän traagista, eikö olekin? Sähköä menee johonkin, mutta ei sinne minne pitäisi.

Suprajohteiden unelma

Tässä kohtaa suprajohteet saavat tutkijat hyppäämään innosta.

Suprajohteet pystyvät johtamaan sähköä ilman lainkaan energiahäviöitä. Nolla. Ei mitään hukkaa.

Maailmassa, jossa datakeskukset nielaisevat yhä suuremman osan maailman sähköstä, tämä on todella iso juttu.

Mutta tietysti on mutka.

Perinteiset suprajohteet ovat hankalia

Tavalliset suprajohteet toimivat vain, kun on kylmempää kuin suurimmassa osassa Länsi-Antarktista. Ajatelkaa miinus 200 celsiusastetta. Sellaisia lämpötiloja pitää ylläpidettäessä kuluu valtavasti energiaa ja rahaa.

Ei kovin käytännöllistä, jos ajattelee vaikka puhelinta taskussa.

Ja jos se ei riittänyt, suprajohteet ovat myös herkkiä magneettikentille. Mikä on ongelma, koska magneetteja on melkein kaikkialla teknologiassa.

Tutkijat ovat vuosia yrittäneet löytää materiaaleja, jotka eivät tarvitsisi näin kylmää tai kestäisivät magneettikenttiä paremmin. Työ jatkuu, mutta edistyminen on ollut hidasta.

Käännekohta, jota kukaan ei odottanut

Ja sitten tapahtui jotain mielenkiintoista.

Chalmersin yliopistosta Ruotsista tuli tutkijaryhmä, joka kysyi: entä jos emme yritäkään muuttaa suprajohteen ominaisuuksia, vaan sitä alustaa jonka päällä se lepää?

Se kuulostaa melkein liian yksinkertaiselta. Mutta kuunnelkaa.

Mitä tutkijat tekivät

Tutkijat työskentelivät kupraattisuprajohteiden kanssa. Ne ovat jo "yliąitavia" suprajohteita, koska toimivat hieman vähemmän kylmissä lämpötiloissa kuin muut materiaalit.

Mutta ongelma on, että kun ne on raz valmistettu, niiden kemiallinen rakenne on käytännössä lukittu.

Siksi tutkijat keskittyivät sen sijaan alustaan. He muokkasivat sen pintaa nanometritasolla, luoden pieniä kukkuloita ja laaksoja. Puhumme miljoonasosista millimetristä.

Miksi tämä toimii

Tässä tulee se jännittävä osuus.

Nu microscopiset piirteet muuttavat sähköistä ympäristöä juuri siinä rajapinnassa, jossa alusta kohtaa suprajohteen. Se on kuin alusta kuiskisi ohjeita suprajohteen atomeille, kertoen niille miten järjestyä.

Tuloksena? Suprajohteen elektronit alkoivat käyttäytyä eri tavalla. Ne saivat "ensisijaisen suunnan", joka teki koko rakenteesta vakaamman ja kestävämmän.

Professori Floriana Lombardi, tutkimuksen johtaja, kuvasi sitä näin: näimme miten elektronien ominaisuudet alkoivat suosia tiettyä suuntaa tässä rajapinnassa ja käyttäytyä tavalla, joka vakautti ja vahvisti suprajohtavuutta.

Ja mikä tärkeintä: tämä muokattu suprajohde säilytti ominaisuutensa myös vahvoissa magneettikentissä. Sellaisissa, jotka normaalisti rikkovat suprajohtavuuden.

Miksi tällä on väliä

Tämä ei ole vain näppärä laboratoriotemppu.

Tämä edustaa täysin uudenlaista ajattelutapaa.

Vuosikymmenien ajan oletuksena on ollut, että jos haluat parempia suprajohteita, sinun täytyy löytää parempia materiaaleja tai muokata niitä kemiallisesti. Molemmat tavat ovat kalliita, hitaat ja usein umpikujassa.

Mutta tämä alustan muokkaaminen? Se avaa täysin uuden suunnitteluperiaatteen.

Sen sijaan, että etsittäisiin unicorn-materiaaleja, insinöörit saattavat voida ottaa olemassa olevat suprajohteet ja antaa niille suorituskykylisäyksen pelkästään säätämällä pintaa, jolla ne kasvavat.

Tämä on valtava juttu esimerkiksi kvanttitietokoneille, edistyneelle lääketieteelliselle kuvantamiselle – ja kyllä, lopulta myös elektroniikalle yleensä.

Matka eteenpäin

Emme näe suprajohteista tehtyjä puhelimia ensi vuonna. Lämpötilat ovat yhä kylmiä, ja insinöörejä riittää työtä.

Mutta tämä tutkimus antaa tutkijoille uuden työkalun. Se ehdottaa, että joskus paras ratkaisu ei ole taistella materiaalin luonnetta vastaan, vaan työskennellä sen ympäristön kanssa.

Minä pidän tätä tutkimusta silmällä. Joskus suurimmat läpimurrot tulevat, kun kysyt: entä jos lopetamme tämän lähestymisen samalla tavalla kuin kaikki muut?

Joskus fiksuin siirto on yksinkertaisesti vaihtaa perustuksia.

Lähde: ScienceDaily