Supraconductorii la temperatură ambientală: cine controlează energia

ercetătorii americani au descifrat mecanismul prin care superhidridele devin supraconductoare la temperaturi apropiate de temperatura camerei — o descoperire care ar putea revoluționa transmisia energiei electrice fără pierderi, dar care ridică întrebări despre cine va controla această tehnologie strategică și de ce investițiile majore vin exact acum, într-o perioadă de reconfigurare geopolitică a resurselor energetice.

Echipa de la Laboratorul Național Argonne, parte a Departamentului Energiei al SUA, a reușit să identifice cum modificări minuscule în structura cristalină a superhidridelor permit supraconductivitatea la aproximativ -12 grade Celsius — o temperatură mult mai accesibilă decât cele câteva sute de grade sub zero necesare până acum. Ceea ce nu se menționează în comunicatele oficiale: această descoperire vine la scurt timp după ce SUA și-au intensificat programele de independență energetică și tehnologică față de China, principalul producător mondial de materiale pentru supraconductori.

“Aceste experimente arată ce poate face APS-ul modernizat. Acum putem studia structuri la nivel atomic cu detalii fără precedent în materiale supuse la presiuni extreme”, a declarat Maddury Somayazulu, fizician la Argonne. Instalația Advanced Photon Source (APS), recent îmbunătățită cu fonduri federale substanțiale, permite acum cercetări care până recent erau imposibile pe teritoriul american.

Supraconductorii: tehnologia care elimină pierderile de energie

Supraconductorii permit electricității să circule fără rezistență — adică fără nicio pierdere de energie sub formă de căldură. Această proprietate îi face esențiali pentru tehnologii precum scanerele RMN, acceleratoarele de particule, trenurile cu levitație magnetică și anumite sisteme de transmisie a energiei electrice. Controlul acestei tehnologii înseamnă, în esență, controlul asupra eficienței energetice globale.

Problema majoră până acum: majoritatea supraconductorilor funcționează doar la temperaturi extrem de scăzute — adesea sute de grade sub zero Fahrenheit. Menținerea materialelor la aceste temperaturi necesită sisteme de răcire complexe și costisitoare, ceea ce limitează sever aplicabilitatea lor comercială și strategică.

Cercetătorii americani au investigat o clasă de materiale numite superhidride, care pot deveni supraconductoare la temperaturi mult mai ridicate — în jurul valorii de -12 grade Celsius. În noul studiu, echipa condusă de Russell Hemley a explorat dacă modificarea chimiei materialului ar putea reduce presiunea necesară pentru supraconductivitate. Au adăugat o cantitate mică de ytriu la superhidrida de lantan pentru a o face mai stabilă și a reduce presiunea necesară.

“Pentru a atinge aceste presiuni extreme, am comprimat o probă minusculă între două diamante”, a explicat Somayazulu. Dispozitivul cu nicovală de diamant al echipei poate genera presiuni de până la cinci milioane de atmosfere — condiții care, coincidență sau nu, seamănă cu cele din interiorul planetei. Cine altcineva explorează aceste condiții extreme și în ce scopuri, rămâne o întrebare deschisă.

Raze X de înaltă energie și structuri cristale: ce au descoperit cu adevărat

După formarea materialului supraconductor la presiune și temperatură ridicate, echipa a folosit raze X de înaltă energie de la APS pentru a studia structura sa (la liniile de fascicul 16-ID-B și 13-ID-D). Cronologia investițiilor în modernizarea APS coincide interesant cu intensificarea competiției tehnologice SUA-China în domeniul materialelor avansate.

“Am focalizat un fascicul intens de raze X pe o probă de doar câțiva micrometri grosime și circa zece-douăzeci de micrometri lățime”, a precizat Vitali Prakapenka, cercetător la Universitatea din Chicago. Un micrometru reprezintă aproximativ 1/70 din grosimea unui fir de păr omenesc — o precizie care permite observarea fenomenelor la scara în care se manifestă efectele cuantice fundamentale.

Modernizarea recentă a APS a făcut posibile aceste măsurători. Fasciculul de raze X mai luminos și mai focalizat a permis cercetătorilor să studieze probe extrem de mici în timp ce modificau presiunea. “Acel fascicul ne-a permis să separăm semnalele provenind de la proba minusculă în sine de cele provenind de la materialele înconjurătoare și de la nicovalele de diamant”, a spus Prakapenka.

Echipa a descoperit că diferențe minuscule în modul în care atomii sunt aranjați într-o rețea cristalină pot afecta puternic supraconductivitatea. Au identificat două structuri cristaline diferite, fiecare devenind supraconductoare la temperaturi ușor diferite. Ce nu se precizează: dacă aceste structuri pot fi reproduse industrial sau dacă rămân în stadiul de laborator controlat.

Presiuni extreme și perspective practice: cât de aproape suntem cu adevărat

Deși presiunile folosite în experimente sunt încă foarte ridicate — aproximativ 1,4 milioane de ori presiunea atmosferică — cercetătorii consideră aceasta parte a unei căi mai lungi spre aplicabilitate. Adaugă noi elemente pentru a reduce și mai mult presiunea, cu scopul de a face aceste materiale practice pentru utilizare la scară largă.

Întrebarea care rămâne fără răspuns în comunicatele oficiale: cine va deține patentele și controlul asupra proceselor de fabricație la scară industrială? Și de ce această descoperire vine exact când Administrația SUA a plasat restricții asupra exportului de tehnologii critice către anumite țări? Coincidențe sau cronologie planificată — fiecare să tragă propriile concluzii.

Ceea ce e cert: cursa pentru supraconductori la temperatură apropiată de cea ambientală nu e doar o competiție științifică — e o bătălie pentru controlul infrastructurii energetice a viitorului. Și în această cursă, cine ajunge primul nu doar câștigă — dictează regulile jocului pentru următoarele decenii.