Elektricitet och halvledare förvandlade hela världen. De gjorde mängder av nya innovationer möjliga, som elektriska maskiner, elektroniska apparater och blixtsnabb kommunikation.

Supraledare har potential att bli minst lika revolutionerande, tricket är bara att forskarna behöver räkna ut hur det ska göras rent praktiskt.

Om ett enda material blev supraledande och ledde elektrisk ström utan motstånd vid rumstemperatur så skulle vi kunna lösa hela världens energiproblem.

Drömmen om friktionsfri elektricitet

Superledningsförmåga händer när ett material slutar motstå en elektrisk ström, det är med andra ord friktionsfri elektricitet. Material som underlättar detta enkla, motståndsfria flöde kallas superledare.

Du känner säkert redan till att elektricitet genereras när elektroner flyter från en atom till en annan. Den teknik vi har idag kräver att elektriciteten måste övervinna mycket motstånd. Detta motstånd får typiska ledare, där det vanligaste är kopparledningar, att förlora energi varje gång en elektron rör sig. Förlusten kommer i form av frisläppt värme.

Det här är skälet till att din bärbara dator blir varm och kanske till och med överhettas och att glödlamporna brinner ut. Det här är också skälet till att mycket energi försvinner som förlust i elnäten.

Om vi istället kunde använda supraledare, som ju inte tappar någon energi alls när elektroner rör sig, skulle alla våra elektriska apparater och elnät bli betydligt effektivare.

Från extremt kallt till rumstemperatur

Supraledning upptäcktes 1911 av den nederländske fysikern Heike Kamerlingh Onnes. Han mätte ledningsförmågan av olika metaller vid låga temperaturer och upptäckte att kvicksilver blev supraledande vid en temperatur på 4,2 kelvin, eller -268,95 grader Celsius. Utöver kvicksilver finns det ett antal metaller som blir supraledande vid en viss temperatur, men i de flesta fall måste det vara extremt kallt för att det ska fungera.

Trots det finns det superledare i bruk idag. Om du någon gång gjort en magnetröntgen så har du varit nära supraledande magneter.

Att det krävs så extremt låga temperaturer gör att dock att supraledare har ett väldigt begränsat användningsområde, att använda dem i smartphones eller datorer går givetvis inte.

För att kunna använda dem brett behöver de fungera i betydligt varmare temperaturer. Forskarna har i decennier varit på jakt efter just detta, supraledning vid rumstemperatur, och förra året gjordes ett genombrott.

14,4 grader Celsius

Forskare vid University of Rochester meddelade i oktober 2020 att de uppnått superledningsförmåga vid 14,4 grader Celcius i ett material som består av väte, svavel och kol. Denna temperatur är en väsentlig förbättring i jämförelse med det tidigare rekordet på -13,3 grader Celcius som ägde rum 2018.

– Det här kan verkligen förändra allt när det gäller den teknik vi använder just nu. Det är därför jag tror att så många forskare lägger alla ansträngningar på att göra detta till verklighet. Om 10-15 år kommer vi förmodligen att se en annan värld, sa Ranga Dias, en av de ledande forskarna till Vice i samband med genombrottet.

– Vi kommer att gå från ett halvledar-samhälle till ett supraledar-samhälle. Det här är en väldigt spännande tid för oss forskare, om vi verkligen kan få det här att fungera, sa Dias vidare.

Att uppnå superledningsförmåga vid rumstemperatur är en enorm bedrift och något som har jagats länge. Men det finns en hake som är nästan lika stor som temperaturproblemet.

För att uppnå supraledning vid så höga temperaturer var Dias och hans team tvungna att öka trycket, och det rejält. De pressade materialet till 267 gigapascal, eller mer än 2 miljoner gånger jordens atmosfärstryck med en så kallad diamantstädcell.

Eftersom det behövs ett sådant enormt tryck så kommer superledningsförmåga vid rumstemperatur stanna i laboratoriet, för tillfället.

Supraledarnas framtid

Forskarnas jagar vidare och nästa mål är att hitta en superledare som fungerar vid rumstemperatur och det atmosfäriska trycket vid havsnivå.

Till sin hjälp har de allt kraftfullare datorer och algoritmer som hjälper dem i deras sökande. Halvledarna är alltså en nyckel för att upptäcka supraledarna. Beräkningarna hjälper forskarna att bestämma strukturen och egenskaperna för det material de letar efter: den heliga graalen.

Med denna supraledare skulle vi kunna bygga kraftledningar helt utan elektriska förluster, svävande friktionsfria tåg och kraftfulla datorer mindre än ett mynt.

I supraledande slingor skulle det vara möjligt att långtidslagra solenergi, helt utan förluster, som sedan kunde användas under långvariga molniga lågtryck eller kalla vinternätter. Både transmission och lagring av elektrisk energi helt utan förluster skulle alltså vara möjligt.

Om ett enda material blev supraledande och ledde elektrisk ström utan motstånd vid rumstemperatur så skulle vi kunna lösa hela världens energiproblem.