Un grup de oameni de ştiinţă din Coreea de Sud anunţă că a reuşit să creeze un superconductor la temperatura şi presiunea camerei

O veste excepţional de importantă, cu potenţialul de a marca începutul unei noi ere în inginerie, vine din lumea ştiinţei. O echipă din Coreea de Sud anunţă că a reuşit să creeze un superconductor, care-şi păstrează proprietăţile la temperata şi presiunea normală a mediului ambiant. Şi explicăm imediat de ce această realizare e atât de colosală pentru ştiinţă în general şi inginerie în particular.

În prezent, electricitatea e transportată prin fire electrice, iar care au montat vreodată fire electrice acasă, eventual trasând fire noi, ştiu că întotdeauna grosimea firului se alege în funcţie de puterea care trebuie asigurată. Cu cât aparatul final va consuma mai mult, cu atât e nevoie de un fir mai gros, pentru că altfel acesta s-ar încălzi şi ar exista riscuri de incendiu. Iar acesta se încălzeşte din cauza rezistenţei firului, o parte din electricitate pierzându-se astfel în căldură. Dacă grosimea firului e aleasă corect, pierderile sunt mult mai mici şi firul nu generează căldură nedorită. Dar chiar şi aşa, circa 5% din electricitate se pierde în reţele naţionale la transportul prin firele electrice, la nivel global, din cauza rezistenţei conductoarelor.

Dacă am avea o reţea cu fire superconductoare, pierdea ar fi zero, sau aproape zero, până spre zero absolut. Anume de aici vine termenul de superconductivitate, adică o caracteristică a conductorului în care acesta nu mai opune rezistenţă, iar curentul electric circulă prin el practic fără rezistenţă şi fără pierderi. În condiţii normale, argintul e metalul cu cea mai mică rezistenţă, dar pentru că e foarte scump, e urmat de cupru. Însă calităţile cuprului la condiţii normale sunt extrem de departe de starea de superconductivitate. Totuşi, starea de superconductivitate nu e doar ceva teoretic, ci e deja descoperită de mult timp şi folosită în prezent în aparataj ultra sofisticat. De obicei, se foloseşte tot cuprul, însă starea de superconductivitate a acestuia se obţine doar la o temperatură apropiată de 0 grade Kelvin sau -273 grade Celsius.

Atunci conductorii îşi schimbă brusc caracteristica şi încetează să mai opună rezistenţă curentului electric. Temperatura de exact -273 drage Celsius e aproape imposibil de atins, dar, cu cât mai aproape suntem de ea, cu atât efectul de super conductivitate e mai plenar. Problema e că o asemenea temperatură poate fi menţinută cu un consum mare de energie, doar în mediu controlat, nu şi în fire la nivel naţional. Un exemplu de aplicare a efectului de superconductivitate poate fi indicat la aparatele medicale de RMN. Un alt exemplu va exista pe trenurile SC Maglev din Japonia, unde magneţii vor fi ţinuţi la -269 grade Celsius, după cum specificam într-un articol detailat, dedicat ingineriei lor.

Foto: Trenurile SC Maglev din Japonia, concepute să funcţioneze pe baza superconductorilor

Aşadar, o echipă de cercetători din Coreea de Sud pretinde că a reuşit să atingă starea de super conductivitate cu un material numit LK-99, care conţine o structură ce conţine plumb şi apatit. Ei pretind că eu reuşit să atingă iniţial acest lucru la presiunea atmosferică normală şi la temperatură normală. Pe cât de aşteptat e acest salt tehnologic, pe atât de sceptic a fost întâmpinat, însă.

Scepticismul actual vine şi din faptul că periodic asemenea pretinse realizări mai apar printre oamenii de ştiinţă. În 2020, Randa Dias şi echipa sa de la universitatea Rochester din SUA au publicat o lucrare prin care pretindeau că a atins superconductivitatea la temperatura camerei într-un sistem de hidrură de sulf carbonică, la presiune foarte înaltă. Alţi oameni de ştiinţă, însă, nu au putut replica rezultatele experimentului, iar în 2022 acea lucrare a fost retrasă din publicaţiile ştiinţifice. Chiar dacă lucrarea s-ar fi adeverit, ea pretindea să asigure superconductivitatea doar la temperatura camerei, nu şi la presiunea camerei, iar menţinerea unei presiuni uriaşe e posibilă de asemenea doar într-un mediu controlat.

Acum, echipa din Coreea de Sud pretinde că a reuşit să atingă super conductivitatea nu doar la temperatura atmosferică, ci şi la presiunea normală. Dacă asta s-ar adeveri, ar însemna un salt uriaş în tot ce înseamnă eficienţă energetică la nivel mondial, dar şi în posibilitatea de a transmite puteri imense de electricitate prin fire foarte subţiri, în regim constant şi stabil, fără a le încălzi. Iar implicaţiile şi efectele s-ar face văzute în toate domeniile, de la maşini electrice până la centrale electrice, de la electromotoare până la cele mai mici microprocesoare. Da, pentru că lipsa rezistenţei ar însemna şi sporirea imediată a vitezei de procesare a computerelor, până la nivelul celor cuantice, şi ar face-o în condiţii normale, fără a genera căldură din cauza rezistenţei.

Însă, întrucât experienţa echipei lui Randa Dias e atât de recentă, e evident că în comunitatea oamenilor de ştiinţă s-a aprins repede un bec roşu al scepticismului faţă de pretenţiile de acum ale echipei din Coreea de Sud. Echipa sud-coreeană e una foarte mică, dar membrii săi colaborează tocmai din 1996 şi deja în 1999 efectuau primele teste de super conductivitate. În 2004, Sukbae Lee, liderul echipei, lua doctoratul şi fonda Q-Center, un centru de cercetare a computerelor cuantice, care ale legătură directă cu studierea superconductorilor. Echipa spune că primele descoperiri primare din realizarea anunţată acum au avut loc în 2017, iar în 2018 a mai fost cooptat un profesor renumit în fizica cuantică, Young-Wan Kwon. În 2019 aceştia şi-ar fi confirmat că au reuşit să atingă starea de superconductivitate la temperatura camerei şi au depus actele pentru patentare. În 2020 experimentele lor au încetinit şi aceştia au depus rezultatele lor pentru publicare în lumea ştiinţifică, dar, din cauza controversei cu Dias, lucrarea lor a fost respinsă. Li s-a spus să publice local şi să obţină păreri de la comunitatea oamenilor de ştiinţă care ar fi citit acel material local. Pentru a se reabilita din această lipsă de încredere, ei îl atrag şi pe Hyun-Tak Kim, un profesor cercetător în fizică, care să participe la teste şi validări. Iar în martie 2023 ei au depus actele pentru patentări internaţionale. Iar acum, la sfârşitul lunii iulie, ei au publicat rezultatele şi detaliile studiului lor la nivel internaţional, doar că nu în revista Nature, care încă nu le-a acceptat lucrarea, ci pe o altă platformă ştiinţifică. Dar asta a fost suficient ca toată comunitatea de ştiinţă să înceapă a discuta cât de adevărate sunt cele pretinse.

Practic, coreenii pretind că având compoziţia de plumb şi apatit şi înlocuind o parte din atomii de plumb cu cei de cupru, se formează un efect curios de distorsiune a structurii la nivel atomic, întrucât atomul de cupru e mai mic decât cel de plumb. În acele „spaţii” create de această distorsiune se creează un soi de „tunele” prin care curentul electric poate circula în regim de superconductivitate, fără rezistenţă, la temperatura şi presiunea atmosferică normală. Temperatura ar fi de până la 27 grade Celsius, de fapt. Diferenţa în ceea ce pretind ei e anume această schimbare şi efect la nivel atomic, pe care ar fi reuşit să o atingă, care ar garanta superconductivitatea.

Cercetătorii coreeni publică şi un grafic cu modul în care calităţile de superconductivitate se păstrează în funcţie de temperatură, pentru materialul lor, în funcţie de intensitatea curentului electric. Altfel, la 298 grade Kelvin, sau 25 grade Celsius, întreaga plajă de amperi e transmisă cu efect de superconductivitate. Cu cât temperatura creşte, cu atât plaja se îngustează. Dar, aparent, până şi la 398 Kelvin sau 128 grade Celsius, tehnologia lor permite păstrarea unui mic efect de superconductivitate, pentru un diapazon mic de amperaj.

Totuşi, superconductorul lor n-ar putea urca la orice temperaturi, cu orice curent şi din cauza faptul că valoarea curentului critic — la care câmpul magnetic al curentului distruge acele legături protectoare ce-i asigură superconductivitatea — scade exponenţial odată cu creşterea temperaturii. Valorile de superconductivitate fezabilă se menţin până la 25-27 grade Celsius în cazul lor, ceea ce e oricum extraordinar, dacă se adevereşte. Dar valoarea maximă de curent indicată în grafice e de 300 mA, şi asta e îngrijorător de puţin.

Partea şi mai curioasă e că acest material superconductor nu are nevoie de materiale foarte complicate (poate doar plumbul, care e nedorit din motive de toxicitate şi poluare). În rest el poate fi produs din oxid de plumb, sulfat de plumb, praf de cupru şi fosfor, toate trecând printr-un proces de combinare şi coacere industrială la sub 1.000 grade Celsius, timp de 4 zile.

Deocamdată lipsesc răspunsurile şi corelările pentru curenţii mai mari, de sute sau mii de amperi, de care am avea nevoie pentru aplicări la maşini electrice sau scară industrială. De fapt, asta e partea ce lipseşte cel mai mult din lucrarea echipei sud-coreene — scalarea şi explicaţiile despre evoluţia proprietăţilor la scară mare, de fire de zeci de kilometri sau sute de kilometri, cel puţin teoretic. Şi e foarte probabil să aflăm că totul funcţionează doar la curenţi foarte mici, care să se poată „strecura” prin acele „tunele” la nivel atomic.

Totuşi, această echipă din Coreea de Sud şi-a prezentat descoperirea şi datele comunităţii de oameni de ştiinţă şi spune că e gata să-i asiste pe toţi în experimente şi verificări, pentru ca orice alte echipă să poată verifica ceea ce pretind ei şi să poată replica rezultatele. ŞI, bineînţeles, oameni de ştiinţă din toată lumea s-au pus acum pe verificarea celor pretinse de coreeni. Aşa că în următoarele săptămâni şi luni, cu siguranţă vom auzi noutăţi majore — fie o infirmare sau multe condiţii mai puţin practice, prin care superconductivitatea poate fi asigurată doar în cazuri foarte specifice, fie o confirmare răsunătoare şi un impuls imens în dezvoltarea ingineriei pe toate planurile posibile. Şi, apropo, aici ar putea fi şi cheia unor baterii noi excepţional de dense şi capabile, fără nevoie de răcire sau care n-ar avea de suferit la temperaturi reduse!