Forskare vid Chalmers tekniska högskola har utvecklat en banbrytande metod för att förbättra supraledning genom att manipulera ytan på det underliggande materialet. Genom att fokusera på substratets struktur snarare än att förändra materialets kemiska sammansättning, har teamet lyckats adressera några av de största hindren inom området.
Nanostrukturer som vägvisare
I forskningen användes ett kopparoxidmaterial från kupratfamiljen, applicerat i ett ultratunt lager på endast några nanometer – vilket är mindre än en miljondel av ett mänskligt hårstrås tjocklek.
Genom att behandla substratet i vakuum vid höga temperaturer skapade forskarteamet ett specifikt nanostrukturerat mönster bestående av åsar och dalar. Denna ytstruktur fungerar som en guide för atomerna i det supraledande lagret och förändrar den elektroniska miljön vid gränssnittet. Resultatet blir att elektronerna styrs i en föredragen riktning, vilket stabiliserar och stärker det supraledande tillståndet.
Övervinner klassiska hinder
Den nya metoden adresserar två kritiska utmaningar som länge begränsat användningen av supraledare:
- Extrem kyla: Traditionellt kräver supraledning extremt låga temperaturer, ofta omkring minus 200 grader Celsius. Denna metod stärker tillståndet även vid högre temperaturer.
- Magnetfält: Starka magnetfält tenderar normalt att eliminera supraledande egenskaper, men den nya ytstrukturen gör materialet mer tåligt.
Potential att minska global elförbrukning
Upptäckten kan få stor betydelse för framtidens energieffektivitet. Idag beräknas digitala enheter och IKT-nätverk stå för mellan 6 och 12 procent av den globala elektricitetsförbrukningen. Genom att möjliggöra energiöverföring med noll förluster kan tekniken drastiskt minska energibehovet för framtidens elektronik.
Studien, som går under namnet "Boosting superconductivity in ultrathin YBa 2 Cu 3 O 7−δ films via nanofaceted substrates", har publicerats i tidskriften Nature Communications. Arbetet är frukten av ett internationellt samarbete där Chalmers har arbetat tillsammans med RISE Research Institutes of Sweden, Uppsala universitet samt institutioner i Italien, Indien, Frankrike och Tyskland.
