Nesten alle metaller har en ekstremt nyttig egenskap. Tradisjonelt må du kjøle ned materialet til under 200 minusgrader før du kan benytte deg av den, men på en viss temperatur forsvinner all elektrisk motstand.

Det er nesten som en bryter som skrus på.

Da kalles det en superleder, et materiale som kan frakte energi uten at noe går tapt i prosessen. Hvis du noen gang har brukt en datamaskin, en mobillader eller et utall andre elektriske apparater, har du kjent at de blir varme under bruk.

Noe av denne varmen er rent energitap, og bare stråler ut i lufta uten å hjelpe det maskinen egentlig skal gjøre.

Med superledere er det ikke noe motstand, og all energien kan brukes der den trengs. Dette betyr mindre kjøling og det samme arbeidet med betydelig mindre strøm.

Dette er bare en av grunnene til at praktiske superledere ved romtemperatur kan ha en enorm påvirkning på verdens energiøkonomi. Mer effektive apparater og strømledninger betyr at samfunnet ikke trenger å produsere så mye strøm.

Den store ulempen er at det krever mye energi og arbeid for å komme ned til så lave temperaturer for å få superledere til å fungere.

Forskere har visst om fenomenet siden 1911, da den nederlandske fysikeren Kammerlingh Onnes oppdaget at kvikksølv ikke hadde noe elektrisk motstand ved 269 minusgrader.

Trykkende romtemperatur

Superledere kan eksistere på langt høyere temperaturer enn det forskerne fant i 1911, men alt over 196 minusgrader regnes i dag som superledere ved høyere temperaturer.

Og nå hevder en forskergruppe fra blant annet Universitetet i Rochester i New York at de har tatt et viktig steg fremover. I en ny forskningsartikkel i tidsskriftet Nature beskriver de et materiale med superledende egenskaper ved 15 plussgrader, altså nesten vanlig romtemperatur..

Men det er flere haker. Materialet blir bare superledende under enormt trykk, et trykk som ikke ligner på noe som finnes på jordoverflaten.

For at materialet skulle være superledende på 15 grader, måtte forskerne klemme til med 267 gigapascal (GPa). På bunnen av den 11 000 meter dype Marianegropen, den dypeste avgrunnen i verdenshavene, er det rundt 0,11 GPa eller 1070 ganger trykket du opplever fra vår egen atmosfære.

Så det må langt over to million ganger vår egen atmosfære til for å oppnå superledningen, så dette er ennå ikke en praktisk løsning. Vi skal komme tilbake til hvorfor dette materialet krever slike enorme trykk.

forskning.no har snakket med Asle Sudbø ved NTNU om den nye studien. Han er professor i fysikk og jobber blant annet med superledere og fysikken som skjer når materialer nærmer seg det absolutte nullpunkt.

– Dette viser at det sannsynligvis ikke er noen teoretisk øvre temperaturgrense for superledning, sier Sudbø til forskning.no.

Men Sudbø er også klar på at dette eksperimentet må gjentas av andre laboratorier før forskere virkelig kan slå fast at dette fungerer slik de beskriver i artikkelen.

Og hva er det egentlig de beskriver her?

Hydrogen som leder strøm

Materialet som forskerne har brukt i eksperimentet er en kombinasjon av hydrogen, svovel og karbon, men det er hydrogenet som står for selve superledningen.

Hydrogen er det letteste og vanligste stoffet i universet, og de fleste stjernene på himmelen består stort sett av hydrogen, inkludert solen. Vi kjenner hydrogen som en veldig brennbar, luktfri gass, men hydrogen kan endre seg drastisk. Og når hydrogen utsettes for astronomiske trykk ligner det mer og mer på et metall: metallisk hydrogen. Da kan det lede strøm.

– Hvordan man skal skape metallisk hydrogen i et laboratorium har vært et tema i mer enn 30 år, sier Sudbø.

– Vi vet det finnes ute i universet, sannsynligvis i Jupiters kjerne for eksempel.

Og i løpet av de siste årene har forskere klart å fremstille metallisk hydrogen, og fått testet ideen om å bruke det som superleder, ifølge Nature.

Dette handler blant annet om å kunne skape så mye trykk på en pålitelig måte over tid, som også gjør at forskerne kan gjøre målbare og forhåpentligvis målbare eksperimenter.

Trykket i det nye eksperimentet lages med en såkalt diamant-ambolt, en maskin som kan konsentrere alt dette trykket på et bitte lite område.

Og da skjer det ting med hydrogenet.

Elektronene kan flyte fritt

Inne i materialet lages det et gitter av hydrogenatomer som klemmes sammen under trykket.

– Når disse hydrogenatomene klemmes sammen under så mye trykk, begynner elektronene å flyte mellom atomene, som om det var et metall.

På grunn av strukturen og egenskapene til dette gitteret, kan elektroner begynne å flyte fritt gjennom materialet under de riktige forholdene, og superledning oppstår.

Og forskerne mener at de kanskje kan oppnå den samme effekten uten å bruke pulveriserende trykk utenifra, med det de kaller kjemisk fininnstilling.

Sudbø forklarer at du kan skape trykket inne i materialet på andre måter, ved å for eksempel bruke andre, større atomer som presser på dette gitteret av hydrogen-atomer, såkalt kjemisk trykk. Dette kan være en vei mot brukbare superledere som fungerer i romtemperatur og under vanligere forhold.

Men det er ikke sikkert at du kan gjenskape så ekstremt trykk med denne metoden, men dette er ideer som kan utvikles basert på forskningen som foregår på disse superlederne.

Nesten perfekt superleder

Forskerne er selv klare på at det er noen usikkerheter her. Blant annet er det svært vanskelig å gjøre pålitelige målinger på materialer som trykkes på av så mye krefter fra utsiden.

Men forskerne selv mener altså de har oppnådd noe som har vært svært etterlengtet i superleder-verden, og hvis resultatet holder seg, kaller Asle Sudbø det en milepæl.

Men Sudbø mener at det er for tidlig å slå fast at dette fungerer så bra som artikkelen i Nature beskriver. Han er klar på at dette eksperimentet må gjentas i andre laboratorier for å se om resultatet kan nås igjen.

Sudbø ble overrasket over at målingene i forskningsartikkelen viser at materialet oppfører seg nesten som en ideell superleder, og det er en veldig klar grense for når materialet blir superledende. Han forklarer at dette ikke er vanlig i slike høytrykkseksperimenter, og overgangene pleier å være mer smurt ut og uklare.

– De viser robust superledning. Dette er krevende eksperimenter, og det trenger en uavhengig bekreftelse.

– Det er nok mange som vil være interesserte i å reprodusere dette forsøket, mener Sudbø.

Referanse:

Dias mfl: Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride. Nature, 2020. Sammendrag

Les også

Her er verdens sterkeste magnet