Το Κόλπο που Βρήκαν Επιστήμονες για να Κάνουν τους Υπεραγωγούς Πρακτικούς

Θέλω να σας πω για κάτι που ταλαιπωρούσε τους επιστήμονες για δεκαετίες. Και τώρα βρήκαν μια λύση που είναι πραγματικά έξυπνη.

Έχετε προσέξει πόσο ζεσταίνεται ο φορτιστής του κινητού σας; Ή πότε αρχίζει να γυρνάει ο ανεμιστήρας του laptop επειδή έχετε ανοίξει πολλές καρτέλες; Αυτή η ενέργεια πάει χαμένη ως θερμότητα. Είναι κρίμα όταν το σκέφτεσαι—όλος αυτός ο ηλεκτρισμός απλά... βουαλά... γίνεται ζέστη αντί να κάνει χρήσιμη δουλειά.

Το Όνειρο της Απώλειας Μηδέν

Γι' αυτό οι υπεραγωγοί κάνουν τους επιστήμονες να πετάνε από τη χαρά τους. Αυτά τα μαγικά υλικά μπορούν να μεταφέρουν ρεύμα χωρίς καμία απώλεια ενέργειας. Μηδέν. Τίποτα. Τίποτα δεν πάει χαμένο. Σε έναν κόσμο όπου τα κέντρα δεδομένων καταναλώνουν διψήφια ποσοστά του παγκόσμιου ηλεκτρισμού, αυτό είναι πολύ μεγάλο πράγμα.

Αλλά εδώ είναι το πρόβλημα (υπάρχει πάντα πρόβλημα, έτσι δεν είναι;).

Οι παραδοσιακοί υπεραγωγοί είναι απίστευτα δύσκολοι. Δουλεύουν μόνο σε θερμοκρασίες πιο κρύες από την Ανταρκτική—περίπου μείον 200 βαθμούς Κελσίου. Για να τους κρατήσεις τόσο κρύους χρειάζεσαι βιομηχανικά συστήματα ψύξης που καίνε ενέργεια και κοστίζουν μια περιουσία. Δεν είναι και πολύ πρακτικό για το κινητό σου, καταλαβαίνεις;

Κι αν αυτό δεν ήταν αρκετά ενοχλητικό, αντιδρούν άσχημα και στα μαγνητικά πεδία. Που είναι άβολο, γιατί μαγνήτες υπάρχουν παντού στην τεχνολογία που χρησιμοποιούμε.

Η Ανατροπή που Δεν Περίμενε Κανείς

Τώρα εδώ γίνεται το ενδιαφέρον. Μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο Chalmers της Σουηδίας είπε ουσιαστικά: "Τι γίνεται αν σταματήσουμε να προσπαθούμε να αλλάξουμε τον υπεραγωγό και αλλάξουμε αυτό πάνω στο οποίο στηρίζεται;"

Ξέρω, ξέρω—ακούγεται σχεδόν πολύ απλό. Αλλά ακούστε με.

Οι ερευνητές δούλευαν με κάτι που ονομάζεται υπεραγωγοί χαλκού (cuprates). Αυτοί είναι ήδη οι άριστοι μαθητές του κόσμου των υπεραγωγών γιατί λειτουργούν σε λιγότερο ακραίες θερμοκρασίες από άλλα υλικά. Αλλά είναι επίμονοι. Μόλις τους φτιάξεις, η χημική τους δομή είναι κλειδωμένη.

Αυτό που έκανε η ομάδα ήταν να επικεντρωθεί στο υπόστρωμα—τη βάση κάτω από την υπεραγώγιμη στρώση. Τροποποίησαν αυτή την επιφάνεια σε νανοκλίμακα, δημιουργώντας μικροσκοπικές αυλακώσεις (μιλάμε για εκατομμυριοστά του χιλιοστού εδώ).

Γιατί Δουλεύει Πραγματικά

Εδώ είναι το ωραίο μέρος: αυτά τα μικροσκοπικά χαρακτηριστικά αλλάζουν το ηλεκτρονικό περιβάλλον ακριβώς στα όρια μεταξύ του υποστρώματος και του υπεραγωγού. Είναι σαν το υπόστρωμα να ψιθυρίζει οδηγίες στα άτομα του υπεραγωγού, λέγοντάς τους πώς να στρωθούν.

Το αποτέλεσμα; Τα ηλεκτρόνια στην υπεραγώγιμη στρώση άρχισαν να συμπεριφέρονται διαφορετικά—υιοθέτησαν μια "προτιμώμενη κατεύθυνση" που έκανε όλο το σύστημα πιο σταθερό και ανθεκτικό.

"Μπορούσαμε να δούμε πώς οι ιδιότητες των ηλεκτρονίων άρχισαν να έχουν μια προτιμώμενη κατεύθυνση σε αυτή τη διεπαφή και να συμπεριφέρονται με τρόπο που σταθεροποίησε και ενίσχυσε την υπεραγώγιμη κατάσταση," εξήγησε η καθηγήτρια Floriana Lombardi, η επικεφαλής ερευνήτρια.

Και το σημαντικότερο: αυτός ο τροποποιημένος υπεραγωγός διατήρησε τις ιδιότητές του ακόμα και όταν εκτέθηκε σε ισχυρά μαγνητικά πεδία—κάτι που κανονικά σκοτώνει την υπεραγωγιμότητα στα περισσότερα υλικά.

Γιατί Έχει Σημασία Περισσότερο απ' όσο Φαίνεται

Εδώ είναι η γνώμη μου: αυτό δεν είναι απλά ένα έξυπνο κόλπο εργαστηρίου. Αντιπροσωπεύει έναν τελείως διαφορετικό τρόπο σκέψης για το πρόβλημα.

Για χρόνια, η υπόθεση ήταν ότι αν ήθελες καλύτερους υπεραγωγούς, έπρεπε να βρεις καλύτερα υλικά ή να τα χημικά σχεδιάσεις ξανά. Και οι δύο προσεγγίσεις είναι ακριβές, χρονοβόρες και συχνά οδηγούν σε αδιέξοδα.

Αλλά αυτή η προσέγγιση του "γλυπτού υποστρώματος"; Ανοίγει μια νέα αρχή σχεδιασμού. Αντί να ψάχνεις για υλικά-μονόκερους, οι μηχανικοί μπορεί να μπορούν να πάρουν υπάρχοντες υπεραγωγούς και να τους δώσουν ώθηση απλά πειράζοντας την επιφάνεια πάνω στην οποία μεγαλώνουν.

Αυτό είναι τεράστιο για εφαρμογές όπως ο κβαντικός υπολογισμός, η προηγμένη ιατρική απεικόνιση, και ναι—τελικά να κάνουμε τα ηλεκτρονικά μας πολύ πιο ενεργειακά αποδοτικά.

Το Δρόμο που Απομένει

Δεν θα δούμε υπεραγώγιμα smartphones του χρόνου. Οι θερμοκρασίες είναι ακόμα πολύ χαμηλές, και υπάρχει πολύς μηχανικός δρόμος μπροστά.

Αλλά αυτή η έρευνα δίνει στους επιστήμονες ένα νέο εργαλείο στην εργαλειοθήκη τους. Υποδηλώνει ότι μερικές φορές η καλύτερη λύση δεν είναι να πολεμάς ενάντια στη φύση ενός υλικού, αλλά να συνεργάζεσαι με το περιβάλλον του.

Θα το παρακολουθώ. Μερικές φορές οι μεγαλύτερες ανακαλύψεις έρχονται ρωτώντας: "Τι γίνεται αν σταματήσουμε να το προσεγγίζουμε όπως το έκαναν όλοι μέχρι τώρα;"

Μερικές φορές η πιο έξυπνη κίνηση είναι απλά να αλλάξεις τα θεμέλια.

Πηγή: ScienceDaily