פריצות דרך בתחום מוליכות-על וחומרים מוליכים מתקדמים עשויות לעצב מחדש באופן משמעותי את האופן שבו אנו מעבירים הספק ומעצבים מכשירים אלקטרוניים, ולסלול את הדרך לטכנולוגיות יעילות יותר, ממוזערות יותר, ופוטנציאלית ירוקות יותר.
מוליך-על נטול נחושת ב-30K
באוניברסיטה הלאומית של סינגפור, חוקרים פיתחו חומר מוליך-על חדש שפועל מעל 30K, מבלי להסתמך על נחושת ותחת לחץ אטמוספרי רגיל.
משמעות הדבר היא שהוא מראה אפס התנגדות חשמלית בטמפרטורות גבוהות מ-243°C- . זה יחסית "גבוה" בעולם של מוליכי-על, שבו חומרים רבים פועלים רק קרוב לאפס המוחלט.
ד"ר סטיבן לין אר צ'או, חבר בצוות המחקר, הסביר: "תחמוצת מוליכה זו, שאינה מבוססת נחושת, מפגינה מוליכות-על בטמפרטורה גבוהה תחת לחץ אטמוספרי בגובה פני הים, ללא צורך בדחיסה נוספת."
מוליכי-על נושאים זרם חשמלי ללא התנגדות, מה שמבטל אובדן אנרגיה. הפוטנציאל שלהם עצום: מרשתות חשמל ועד רכבות מגלב ומחשבים קוונטיים. אך עד כה, הם דרשו בעיקר קירור יקר או תשומות חומרים נדירים. אפשרות ניתנת להרחבה, ללא נחושת, הפועלת בטמפרטורות גבוהות יחסית, עשויה להפחית עלויות ולהרחיב את השימוש בהם.
הצוות הסינגפורי פיתח גם מסגרת תיאורטית לזיהוי חומרים מוליכי-על חדשים, תוך הרחבת החיפוש מעבר לתרכובות מבוססות נחושת והרחבת החיפוש אחר מוליכי-על מעשיים יותר.
ניוביום פוספיד: המתחרה הננו-גודלי של נחושת
בינתיים, באוניברסיטת סטנפורד, חוקרים זיהו ניוביום זרחן כמועמד חזק להחליף נחושת באלקטרוניקה ננומטרית. ככל שהתקנים מתכווצים, נחושת מאבדת יעילות - אך ניוביום זרחן שומר על המוליכות שלו אפילו בשכבות דקות במיוחד.
זה משנה לכל דבר, החל משבבים ועד להעברת נתונים במהירות גבוהה. ג'ייסון דיגן, המדווח על ממצאי סטנפורד, מציין כי פוטנציאל הפחתת החום של החומר יכול לטפל באחד מצווארי הבקבוק הגדולים ביותר של תעשיית הטכנולוגיה: ניהול תרמי במכשירים קומפקטיים יותר ויותר.
הוא מציע גם יתרונות ייצור. בניגוד לחלופות רבות, ניתן לשלב ניוביום זרחן בתהליכים קיימים ללא עיצוב מחדש משמעותי.
השלכות בעולם האמיתי
ההשלכות של שני החומרים חורגות הרבה מעבר למעבדה.
מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה יותר יוכלו לתמוך בהעברת חשמל ללא הפסדים על פני מרחקים ארוכים, ולשנות את יעילות הרשת. הם יוכלו גם להפחית בזבוז אנרגיה בתשתיות תחבורה ונתונים.
במקביל, מוליכים ננומטריים משופרים כמו ניוביום זרחן יכולים להוביל לאלקטרוניקה קרירה, מהירה וקומפקטית יותר, ולשפר כל דבר, החל ממכשירים ניידים ועד מרכזי נתונים.
חברות כמו American Superconductor Corporation (AMSC) כבר עוקבות אחר ההתפתחויות הללו. AMSC מפתחת מערכות מוליכי-על ברמת רשת וברמה צבאית, והיא ממוצבת היטב ליהנות מההאצה של פריצות דרך במדעי החומרים.
הדרך קדימה
בעוד שנותרו אתגרים בהרחבה ובמסחור של חומרים אלה, קצב הגילוי מואץ. מה שהיה בעבר תיאורטי מתקרב ליישום בעולם האמיתי.
ככל שמוליכות-על הופכת פחות תלויה בתנאים אקזוטיים וחלופות נחושת הופכות בת קיימא יותר, נוף האנרגיה והאלקטרוניקה העולמי עשוי להיות מוכן לשינוי משמעותי - כזה שבו יעילות, חוסן וקיימות הולכים יד ביד.
