Dette indlæg er alene udtryk for skribentens egen holdning.

Derfor har superledere enorm teknologisk interesse

9. august 2023 kl. 10:376
Derfor har superledere enorm teknologisk interesse
Illustration: German Wikipedia, original upload 11:59, 20. Nov 2005 by Peter Nussbaumer.
Muligvis har et koreansk forskerteam skabt et betydeligt videnskabeligt gennembrud inden for superledere. Selv hvis det viser sig, at de ikke har, kan vi godt begynde at tale om, hvorfor vi gerne vil have det gennembrud.
Artiklen er ældre end 30 dage

Elektricitet transporteret tabsfrit over lange afstande, måske på tværs af mange tidszoner, hvor solen skinner et sted, mens aftensmaden simrer over elkomfurerne et helt andet. Batterier med enorm kapacitet men uden løbende tab. Tog, som svæver magnetisk over banelegemet og derfor ikke har noget gnidningstab. Elektromotorer og generatorer med en hel ny klasse af magneter og dermed betydeligt forbedret forhold mellem egenvægt og ydeevne.

Det lyder som en opremsning fra et fremtidsmagasin, og ja, det er fremtid. Men listen rummer nogle ideelle mål, som vi har behov for ny teknologi til, og som forhåbentlig en dag bliver til virkelighed. Fællesnævneren i det ovenstående er superledere. Og eftersom vi står midt i en gigantisk transition af energiformer over til elektricitet som en langt mere udbredt energiform, har superledere betydelig interesse.

I disse uger er der storm på internettet i anledning af en ikke-reviewet artikel: ” The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor”, som er offentliggjort af et koreansk forskerhold 22. juli. De mener at have skabt et materiale, der er superledende ved stuetemperatur. LK-99 er materialet allerede døbt.

Den slags videnskabelige claims er jævnligt set og skydes ofte ned, således sker det måske også her. Men andre forskere og forskergrupper har i skrivende stund halvt eller kvart bekræftet, at dette fund faktisk kan vise sig sandt.

Artiklen fortsætter efter annoncen

Selv om offentliggørelsen ikke er fuldstændig snorlige rent videnskabeligt, så sker det indimellem, at den type offentliggørelser viser sig helt korrekte. Man kunne eksempelvis drage en parallel til Watson og Cricks lille opsats i Nature i april 1953, hvor de bragte et forslag om udseendet af DNA-molekylet under titlen ” A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid.”

Der er fart og konkurrence på i fysikernes verden lige nu, og svarene vil vise sig.

Hvis opdagelsen holder, så er det Nobel-niveau og så kommer vi direkte ud i en hel række spændende nye teknologiske muligheder med dertil hørende kapløb om at skabe varianter, finde på anvendelser, sætte sig på patenter og en række nye teknologier, som antydet i indledningen.

De superledere, vi kender i dag, er besværlige og kræver kraftig køling og er derfor kun brugbare på relativt korte afstande og i meget dyre apparater. Selv hvis det nye materiale er uegnet til lange superledere og dermed stor skala, for eksempel fordi det er dårligt at lave kabler af, så kan det stadig få betydning på mellem eller helt lille skala.

Artiklen fortsætter efter annoncen

På mellemskala kan tilgængelige superledere helt ændre mulighederne inden for områder som fx batterier og medicinsk udstyr som scannere.

Ved helt små strømstyrker, for eksempel i chips og sensorer, hvor den nuværende chipteknologi jo indebærer resistens og dermed varme og energitab, sætter tabene grænser for chippenes ydeevne og størrelse. Her vil superledere kunne ændre spillereglerne for størrelsen af den enkelte chip og regnehastigheden vil måske kunne øges med flere størrelsesordner. Der vil også kunne udvikles sensorer med helt nye egenskaber til iagttagelse af fysiske, herunder biologiske fænomener.

Nu skal man som bekendt ikke sælge skindet før bjørnen er skudt. Så lad os lade være med det. Men selv hvis opdagelsen af det aktuelle materiale viser sig at være direkte forkert, fysikken eksempelvis forkert forstået eller fejlmålt, eller hvad der nu kan gemme sig af fejl og misforståelser, så vil den med en vis sandsynlighed stadig have teknologisk betydning, for der bliver nu kigget helt tæt på materialet og dets egenskaber.

Så skulle opdagelsen ikke holde helt frem til et ægte superleder-materiale, giver den anledning til at pege i retning af en kategori af forskning og teknologiske muligheder, som vi i meget høj grad har brug for i dette århundrede, og som vi må håbe, at nogle fysikere kan bringe os i retning af.

Hør mere om materialet, og hvordan det er udviklet i denne uges Transformator. Udkommer fredag

Vil du bidrage til debatten med et synspunkt? Så skriv til vores debatredaktion på debat@ing.dk

6 kommentarer.  Hop til debatten

Tophistorier

Debatten
Vær med til at skabe en god debat ved at følge vores debatregler.

For at deltage i debatten skal du have en profil med adgang til at læse artiklen. eller opret en bruger.
settingsDebatvisning
6
11. august 2023 kl. 11:57
Re: Re: Kvante sammenfiltring mere vigtigt ...

Hvis superledning skal have nogen som helst nævneværdig betydning for computerteknologi i almindelighed, må det derfor være traditionelle computere, der menes i artiklen; men her sparer det netop ingen energi bortset måske fra mindre cross-conduction som følge af den højere hastighed.

Helt enig - de virker som om nogle mennesker har glemt at beregninger koster energi. Og at den energi ultimativt ender som varme (lad os bare se bort fra adiabatisk computing) som skal ledes væk.

Ligegyldigt om computerens temperatur er 4K, 80K eller 300K.

5
10. august 2023 kl. 18:07
Re: Kvante sammenfiltring mere vigtigt ...

Carsten du nævner, at tabene i superleder chips er domineret af tab i "transistorerne" og at tab i forbindelserne ikke har betydning. Jeg vil blot nævne, at "transistorerne" i superleder chips er meget anderledes end dem vi har i halvleder chips og at det nok er deres kvante egenskaber, som i første omgang vil gøre dem interessante.

Kun til helt specielle formål.

En kvantecomputer er totalt uegnet til 99,99... % af de opgaver, vi idag benytter computere og microcomputere til, og sådan vil det også være i fremtiden, da man jo ikke kan lave bl.a. store hukommelser og en ALU, der altid regner rigtigt, og heller ikke kan lave betinget programmering med f.eks. "If-Then-Else" og "Do-While" konstruktioner. Hvis superledning skal have nogen som helst nævneværdig betydning for computerteknologi i almindelighed, må det derfor være traditionelle computere, der menes i artiklen; men her sparer det netop ingen energi bortset måske fra mindre cross-conduction som følge af den højere hastighed.

4
9. august 2023 kl. 14:28
Kvante sammenfiltring mere vigtigt end tab i superleder chips

Carsten du nævner, at tabene i superleder chips er domineret af tab i "transistorerne" og at tab i forbindelserne ikke har betydning. Jeg vil blot nævne, at "transistorerne" i superleder chips er meget anderledes end dem vi har i halvleder chips og at det nok er deres kvante egenskaber, som i første omgang vil gøre dem interessante.

Dette skyldes, at superelektronerne som dannes inde i en fordindelse i en superleder chip vil være kvantemekanisk sammenfiltrede, således at de alle opfylder EN kvantemekanisk bølgefunktion, som er beskrevet ved en amplitude og fase. Dette har bland andet den effekt, at hvis man tegner en ring på en superlederchip, så vil magnet feltet, som kan være i midten af ringen blive kvantiseret i såkaldte flux kvanter, fordi den kvantemekaniske fase skal være kontinuerlig, når man går en gang rundt i ringen. Hvis man så kombinerer flere superleder ringe med åbninger, så får man en "qubit", som er den kvantemekaniske "transistor" i superleder baserede kvantecomputere. Ved at kombineret mange "qubits", kan man lave kvantecomputer beregninger. Du kan se datasheet på Google's Sycamore superleder processor her som eksempel (Google eller https://quantumai.google/hardware/datasheet/weber.pdf ). En udfordring med superleder kvantecomputere er dog ikke kun temperaturen, hvor de bliver superledende, men snarere hvor meget støj der er i systemet, som kan forstyrre kvante sammenfiltringen. Og derfor vil man nok stadig køle superleder chips ned selv om superlederen er en stue temperatur superleder.

3
9. august 2023 kl. 12:08
Lagring

Der tales om lagring af el i et magnetfelt med superledere, men jeg ved ikke hvordan man praktisk får energien ud eller ind. Meget store strømme og små spændinger er ikke så let at arbejde med.

Opladning af en MR-scanner tager adskillige dage, så en kontrolleret afladning tager måske den samme tid?

2
9. august 2023 kl. 11:28
Re: Superledende chips

UPS

så strømmen stiger en faktor N, stiger effektabet i modstandene en faktor N^2/N - f.eks. dobbelt strøm og dermed firdobbelt tabseffekt i halv tid, så effektabet er stort set uændret.

Modstanden, der bliver 1/N, mangler naturligvis i regnestykket, så der skulle have stået 1/N x N^2 / N = 1; men pointen er god nok.

1
9. august 2023 kl. 11:16
Superledende chips

Ved helt små strømstyrker, for eksempel i chips og sensorer, hvor den nuværende chipteknologi jo indebærer resistens og dermed varme og energitab, sætter tabene grænser for chippenes ydeevne og størrelse. Her vil superledere kunne ændre spillereglerne for størrelsen af den enkelte chip og regnehastigheden vil måske kunne øges med flere størrelsesordner.

Nej, superledning kan ikke reducere chiptabene nævneværdigt, for tabene ligger i transistorerne, som selvfølgelig skal kunne skifte mellem on og off, og under skiftet har de en betydelig modstand. Selv om man kunne reducere den, opnår man faktisk ingen nævneværdig energibesparelse - kun højere hastighed! Strømmen bruges primært til at oplade gate- og miller-kapaciteterne og til cross-conduction mellem Vdd of Vss, og gør man modstanden mindre, så strømmen stiger en faktor N, stiger effektabet i modstandene en faktor N^2/N - f.eks. dobbelt strøm og dermed firdobbelt tabseffekt i halv tid, så effektabet er stort set uændret.

Det er præcis det samme problem, switch-capacitor strømforsyninger har. De er særdeles velegnede til lave strømme, og jeg bruger selv princippet op til 100 mA; men ved højere strømme får man ikke rigtig noget ud af at reducere tabene i transistorerne. Det ender bare i voldsomme spidsstrømme, uden at det samlede tab bliver mindre, så princippet duer ikke til store strømme - i modsætning til spolebaserede konvertere, som tværtimod får højere virkningsgrad, da tabet i en spole falder meget med den fysiske størrelse.

At så nedkøling af en CMOS chip øger både hastigheden og pålideligheden er en anden sag.