Warum jeder LK wollte

Es waren ein paar wilde Wochen für die globale Wissenschaftsgemeinschaft, die kurzzeitig, aber wunderbar von etwas fasziniert war, das wie ein Stück Stein aussah.

Gegen Ende Juli stellten Forscher in Südkorea ein steinähnliches Material vor, das nicht größer als ein winziger Glassplitter war und den Namen LK-99 trug, und erklärten es zum weltweit ersten Supraleiter bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck.

Im einfachsten Sinne beschreibt ein Supraleiter jedes Material mit Eigenschaften, die den elektrischen Widerstand – ein Maß dafür, wie gut etwas dem Stromfluss widersteht – im Wesentlichen nichtexistent machen.

Widerstand bedeutet, dass wir praktisch immer dann Strom verschwenden, wenn wir etwas verwenden, das Strom benötigt. Die Entdeckung eines Raumtemperatur-Supraleiters würde dieser Ineffizienz ein Ende setzen, den Stoff aus Science-Fiction Wirklichkeit werden lassen und die Lebensweise der Menschen völlig verändern.

Niladri Banerjee, Dozentin in der Abteilung für Physik am Imperial College London, sagte gegenüber Insider, dass dieser Abfall des Widerstands auf atomarer Ebene dann auftritt, wenn negativ geladene Elektronen, die sich normalerweise gegenseitig abstoßen würden, sich „unter sehr starker Belastung“ zu Paaren verbinden spezielle Umstände." Durch diese Verbindung entsteht eine Stabilität, die Streuungen verhindert, die sonst zu Widerstand führen würden.

Die Bedingungen dafür sind ziemlich undurchführbar.

„Sie bilden sich bei sehr niedrigen Temperaturen“, sagte Banerjee. „Wenn man die Temperatur erhöht, führt die thermische Störung – das gesamte Wackeln der Atome und Elektronen – dazu, dass die Paare brechen.“

Bei einem Metall wie Niob, das heute als Supraleiter verwendet wird, ist eine Temperatur von etwa -263 Grad Celsius erforderlich, um den elektrischen Widerstand zu zerstören.

Als die LK-99-Ergebnisse auf arXiv, einem offenen Archiv für Forschungsarbeiten, eingereicht wurden, äußerten Wissenschaftler auf der ganzen Welt angesichts der weltverändernden Auswirkungen sowohl Unglauben als auch Euphorie.

Ein Großteil der anschließenden Dramatik ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Behauptungen vor der Veröffentlichung keiner Peer-Review unterzogen wurden, was bedeutet, dass sie wiederholt werden müssen, bevor irgendjemand wirklich begeistert sein kann. Da sie dies wussten, machten sich zahlreiche Fachleute und Wissenschaftler an die Arbeit und starteten ein riesiges, internetweites und fieberhaftes öffentliches Experiment.

Leider deuten ihre Ergebnisse in weniger als 30 Tagen, seit die Zeitung wie eine Bombe einschlug, darauf hin, dass es sich um einen Blindgänger handelte.

In einem Thread zu X sagte Michael Fuhrer, Professor an der School of Physics der Monash University in Australien, dass das Originalpapier seinen Zweck erfüllt habe, auch wenn es dazu geführt habe, dass Forscher Mängel in der Forschung aufdeckten.

„Die Wissenschaftler, die über LK-99 berichtet haben, wissen jetzt genau, welche Fragen geklärt werden müssen, um überzeugende Beweise für die Supraleitung zu liefern … was die Wissenschaft schneller voranbringen wird, wenn es etwas zu finden gibt“, sagte er.

Es ist ein „Wenn“, das zu groß ist, um es zu ignorieren, obwohl Banerjee sagt, dass es einige Vorbehalte gibt: Ein Supraleiter bei Raumtemperatur allein wird den technischen Fortschritt nicht beschleunigen.

Allerdings würde eine zukünftige Entdeckung, in Banerjees Worten, „einen der größten Durchbrüche in der Physik im letzten Jahrhundert“ bedeuten.

So könnte ein Raumtemperatur-Supraleiter alles verändern:

MRT-Scans sind ein wichtiges Hilfsmittel bei der ärztlichen Beurteilung eines Patienten, da ihre starken Magnete und Radiowellen in der Lage sind, unglaublich detaillierte Bilder des Inneren eines menschlichen Körpers zu erzeugen. Leider kosten sie auch eine Menge Geld.

Es ist nicht ungewöhnlich, dass MRT-Geräte mehr als 1 Million US-Dollar kosten. Mit einem Raumtemperatur-Supraleiter könnten diese Kosten sinken.

Massoud Pedram, Professor für Elektrotechnik und Informatik an der University of Southern California, sagt, dass dadurch der Bedarf an flüssigem Helium als Kühlmittel entfällt, einem „teuren und knappen“ Material, das verwendet wird, um Maschinen kühl genug für den Betrieb zu halten .

Banerjee sagt, dass diese Hitze oft entsteht, weil „bei der MRT ein großes Magnetfeld“ mit hohem Druck benötigt wird – etwas, das dadurch entsteht, dass ein Kupferdraht in mehrere Spulen gewickelt und ihm ein hoher Strom zugeführt wird. Um dieses Problem teilweise zu lösen, könnte man stattdessen „umwickelte Supraleiter“ einsetzen, da ein großer Strom ohne „Wärmeableitung“ durch sie fließen kann.

Shanghais über 260 Meilen pro Stunde schnelle Magnetschwebebahn, ein Hochgeschwindigkeitszug, der den internationalen Flughafen Pudong mit dem Rest der Stadt verbindet und dabei über den Gleisen schwebt, ist eine technische Meisterleistung, die nur wenige nachahmen konnten.

In einer Welt futuristischer Supraleiter ist das möglicherweise nicht mehr der Fall. Durch eine drastische Reduzierung der Stromkosten würden Magnetschwebebahnen in anderen Teilen der Welt sofort finanziell rentabler, da sie längere Strecken zu einem Bruchteil der Kosten zurücklegen könnten.

Für ihre Befürworter verspricht die Fusion grenzenlose saubere Energie – etwas, das die Art und Weise, wie Forscher und politische Entscheidungsträger die existenzielle Herausforderung der Klimakrise angehen, völlig verändern würde.

Im Jahr 2020 fanden Forscher des Plasma Science and Fusion Center des MIT sowie des Spinout-Startups Commonwealth Fusion Systems eine Möglichkeit, mithilfe der Hochtemperatur-Supraleiter-„Kabeltechnologie“ die starken Magnetfelder zu erzeugen, die zur Eindämmung des bei Fusionsreaktionen erzeugten Plasmas erforderlich sind.

Ein Raumtemperatur-Supraleiter würde einen Schritt weiter gehen und dabei helfen, diese Felder unter normalen Bedingungen zu erzeugen.

Elon Musk hat gesagt, sein großes Ziel bei Tesla bestehe darin, Elektrofahrzeuge für jedermann erschwinglicher zu machen. Mit Raumtemperatur-Supraleitern könnten Hersteller von Elektrofahrzeugen möglicherweise einen Schritt weiter in Richtung der Herstellung günstiger batteriebetriebener Autos gehen.

Wie TechCrunch berichtet, könnten die Wicklungen in Elektrofahrzeugmotoren erheblich reduziert werden und gleichzeitig die Ladezeit minimieren und die Hitze reduzieren, die Batteriebrände verursachen kann.

Banerjee sagte, dass der Ersatz von Kupfer und anderen leitenden Drähten in Elektrofahrzeugen durch einen Supraleiter wie in anderen Bereichen zu einer „Null- oder sehr, sehr geringen Wärmeableitung“ führen könnte.

Quantencomputer werden als die Zukunft des Rechnens angepriesen und arbeiten im Bereich von Qubits und nicht mit den Bits aus Nullen und Einsen, wie es heutige Computer tun. Diese Qubits bieten potenziell einen Rechenumfang, der exponentiell leistungsfähiger ist als aktuelle Systeme.

Im kommerziellen Maßstab bleiben sie aus mehreren Gründen in weiter Ferne, nicht zuletzt, weil die Skalierung von Qubits alle Arten von Rauschen und Wärme erzeugt, die zu Fehlern führen. Es zwingt die Maschinen dazu, extrem kalten Temperaturen ausgesetzt zu werden.

Hier könnten eines Tages Raumtemperatur-Supraleiter ansetzen. Durch die Beseitigung der Stromverschwendung würden sie theoretisch den Energiebedarf und die Wärmeentwicklung dieser Computer drastisch reduzieren und so den Weg für ihren Einsatz in allen Bereichen ebnen, vom Finanzsystem bis hin zu maschinelles Lernen.

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