Doorbraak in supergeleiding kan elektronica en de vraag naar energie veranderen

Een supergeleider zonder koper bij 30K

Aan de Nationale Universiteit van Singapore hebben onderzoekers een nieuw supergeleidend materiaal ontwikkeld dat functioneert boven 30 K, zonder gebruik te maken van koper en onder normale atmosferische druk. 

Dit betekent dat het elektrische weerstand nul op temperaturen hoger dan -243°C. Dat is relatief "hoog" in de wereld van supergeleiders, waar veel materialen alleen werken in de buurt van het absolute nulpunt.

Dr. Stephen Lin Er Chow, lid van het onderzoeksteam, legt uit: "Dit niet-koperen supergeleidend oxide demonstreert supergeleiding bij hoge temperatuur onder atmosferische druk op zeeniveau, zonder de noodzaak van extra compressie."

Supergeleiders geleiden elektrische stroom zonder weerstand, waardoor er geen energie verloren gaat. Hun potentieel is enorm: van elektriciteitsnetten tot maglev-treinen en kwantumcomputers. Maar tot nu toe waren er meestal dure koeling of zeldzame materialen voor nodig. Een schaalbare, kopervrije optie die werkt bij relatief hoge temperaturen zou de kosten kunnen verlagen en het gebruik kunnen uitbreiden.

Het Singaporese team ontwikkelde ook een theoretisch kader om nieuwe supergeleidende materialen te identificeren, waarmee verder wordt gekeken dan op koper gebaseerde verbindingen en de zoektocht naar meer praktische supergeleiders wordt verbreed.

Niobiumfosfide: De nano-uitdager van koper

Ondertussen hebben onderzoekers aan de Stanford University het volgende geïdentificeerd niobiumfosfide als een sterke kandidaat om koper te vervangen in elektronica op nanoschaal. Als apparaten krimpen, verliest koper aan efficiëntie, maar niobiumfosfide behoudt zijn geleidbaarheid, zelfs in ultradunne lagen.

Dat is van belang voor alles van microchips tot gegevensoverdracht met hoge snelheid. Jason Deegan, die verslag doet van de bevindingen van Stanford, merkt op dat het potentieel van het materiaal om warmte te verminderen een van de grootste knelpunten van de technische industrie kan oplossen: thermisch beheer in steeds compactere apparaten.

Het biedt ook voordelen bij de productie. In tegenstelling tot veel alternatieven kan niobiumfosfide worden geïntegreerd in bestaande processen zonder grote aanpassingen.

Implicaties in de praktijk

De implicaties van beide materialen reiken veel verder dan het lab.

Supergeleiders met een hogere temperatuur zouden kunnen ondersteunen vermogensoverdracht zonder verlies over lange afstanden, waardoor de netwerkefficiëntie verandert. Ze kunnen ook energieverspilling in transport en data-infrastructuur tegengaan.

Tegelijkertijd zouden verbeterde geleiders op nanoschaal zoals niobiumfosfide kunnen leiden tot Koelere, snellere en compactere elektronicaen verbetert alles, van mobiele apparaten tot datacenters.

Bedrijven als American Superconductor Corporation (AMSC) houden deze ontwikkelingen al in de gaten. AMSC ontwikkelt supergeleidersystemen voor netten en militaire toepassingen en bevindt zich in een goede positie om te profiteren van de versnelling van doorbraken in de materiaalwetenschap.

De weg vooruit

Hoewel er nog steeds uitdagingen zijn bij het opschalen en commercialiseren van deze materialen, versnelt het tempo van de ontdekkingen. Wat ooit theoretisch was, komt steeds dichter bij toepassing in de echte wereld.

Naarmate supergeleiding minder afhankelijk wordt van exotische omstandigheden en koperalternatieven levensvatbaarder worden, kan er een grote verschuiving plaatsvinden in het wereldwijde energie- en elektronicalandschap - een verschuiving waarbij efficiëntie, veerkracht en duurzaamheid hand in hand gaan.