Hiina ja Korea katsetavad võidu toatemperatuuril ülijuhti, mis aitaks ehitada uusi imemasinaid

Pildilolev tavaline ülijuht vajab jahutamist absoluutse nulltemperatuuri lähedale. Sellepärast on see mähitud vedelasse lämmastikku, et hakkaks magneti kohal hõljuma. Uus materjal LK-99 aga peaks ülijuhtivad omadused säilitama ka toatemperatuuril, mis teeb sellest imematerjali uute imemasinate ehitamiseks. Foto: Henry Mühlpfordt / Wikimedia Commons

• Ülijuhtidega saab teha hõljuvaid sõidukeid, üliefektiivseid elektrivõrke ja uusi superarvuteid
• Toatemperatuuril ülijuhid avaksid võimaluse näiteks kaasaskantava kvantarvuti ehitamiseks
• Hiinlased näitasid, kuidas nende materjal LK-99 leviteerib ehk hõljub magneti kohal

Juulis näitasid Lõuna-Korea teadlased, et nad on valmis saanud ülijuhi, millel puudub toatemperatuuril elektritakistus. Tegemist on imematerjaliga, mis avaks võimalused täiesti uutmoodi masinate ehitamiseks. Nüüd on ka Hiina teadlased välja tulnud sarnase materjaliga, mis suudab näiteks magneti kohal vabalt hõljuda.

Ülijuhid on materjalid, mis suudavad elektrit juhtida nulltakistusega. Tavaliselt saavutatakse see absoluutse nulli ehk –273,15 °C lähedal Celsiuse skaalal. Toatemperatuuril töötavad ülijuhid on aga kaasaegse inseneriteaduse ja füüsika üks suurimaid kurioosumeid ning selles uurimisvaldkonnas on just nüüd tehtud suuri edusamme.

Kui sellist materjali õnnestuks tootma hakata, siis võib toatemperatuuril ülijuhtidel olla väga palju rakendusi valdkondades, mis muudaksid meie igapäevast elu.  Näiteks saaks sellisest materjalist juhtmeid pidi edastada suure tõhususega elektrivõrkudes ilma kadudeta energiat, võimalikud oleksid magnetlevitatsiooniga tee kohal hõljuvad sõidukid või rulad, nagu ulmefilmis «Tagasi tulevikku» või isegi ulmefilmist «Avatar» nähtud õhus rippuvad kaljud (või majad). Samuti avaks see võimaluse luua kaasaskantavaid kvantarvuteid, mida ei pea enam jahutama ülimadalatele temperatuuridele või vähendada meditsiinilise kehaskanneri (MRI) mõõtmeid samuti nii pisikeseks, et neid seadmeid saaks igale poole kaasa võtta.

Varem on suudetud luua ülijuhi jaoks kõrgel, kuid meie jaoks siiski väga madalal temperatuuril (-178,15 °C) ütriumbaariumvaskoksiidi kristallid, millel on säilinud ülijuhtivad omadused. Seda kasutataksegi juba supermagnetite ja ülisuurtel kiirustel liikuvate hõljukrongide (MAGLEV) juures. Kuid kogu taolise tehnoloogia muudab endiselt kohmakaks ja kalliks madalatele temperatuuridele jahutamise vajadus, mis nõuab suuri seadmeid ning palju energiat.

Uueks materjaliks, mis toob ülijuhi omadused toatemperatuuri tingimustesse, on LK-99, mis saadi lanarkiitmineraalide (Pb2SO5) ja vaskfosfiidi (Cu₃P) kombineerimisel. Tegemist on lihtsalt valmistatava ja kergesti kättesaadavatest ainetest materjaliga.

Hiinas Wuhanis asuv Huazhongi teadus- ja tehnoloogiaülikool teatas, et suutis edukalt replitseerida LK-99 kristalli sünteesi ja jäädvustas ka selle magnetilise levitatsiooni tõendina materjali ülijuhtivatest omadustest.

Hiina Teaduste Akadeemia metalliuuringute instituudi teadlased Sun Yan ja Liu Peitao väitsid varem, et tegid teoreetilised arvutused, mis andsid tulemuseks, et LK-99 abil on tõesti võimalik toatemperatuuril ülijuhtivus.

Praktilisema tõenduse tegi aga Beihangi ülikooli uurimisrühm, sünteesides LK-99 ning katsetades seda toatemperatuuril. Paraku selgus, et materjali takistus ei ole null ja magnetilist levitatsiooni ei täheldatud. Dokumendis öeldakse, et materjali omadused sarnanevad pigem pooljuhi kui ülijuhiga.

1. augustil avaldatud videos aga tõestasid teadlased professor Chang Haixini juhendamisel Huazhongi teadus- ja tehnoloogiaülikooli materjaliteaduse ja tehnoloogia kooli järeldoktori Wu Hao ja doktorandi Yang Li osalusel esimest korda magnetiliselt leviteeriva LK-99 kristalli ülijuhile sarnaseid omadusi.

Video originaalpostitus asub siin ja see avaldati ka sotsiaalvõrgustikus X:

First claimed successful replication of LK-99

Accomplished by a team at the Huazhong University of Science and Technology and posted 30 minutes ago.

Why this is evidence:
The LK-99 flake slightly levitates for both orientations of the magnetic field, meaning it is not simply a… pic.twitter.com/bh0x9oqaz2

— Andrew Cote (@Andercot) August 1, 2023

Kui Korea teadlaste LK-99 tükike vaid kergelt kerkis magneti kohalt ühe nurgaga üles, siis Huazhongi teadus- ja tehnoloogiaülikooli teadlaste katse olevat usutavam, kuna toatemperatuuril kübemeke tõesti tõusis õhku sõltumata magnetvälja polaarsusest. Paraku ei avaldanud teadlased, milline oli selle materjali elektritakistus ja kas ka selle omadusega võib seda nimetada ülijuhiks.

Kuidas see päris elus võiks välja näha?

Üks võimalik rakendus toatemperatuuril ülijuhile oleks näiteks rulapargis metallpinna kohal hõljuv Hoverboard ehk hõljukrula. Sellise ehitas neli aastat tagasi valmis Jaapani autotootja Lexus, kuid ühe suure puudusega: rula peab vedela lämmastikuga maha jahutama absoluutse nulli lähedale ning juba üsna pea «kuumeneb» see üle ning enam ei hõlju.

LK99, kui see tõesti saavutab ülijuhi omadused, aitaks aga siis tavatemperatuuridel panna liikuri magnetväljas hõljuma lisaenergiat vajamata. Lisaks rulale saaks muidugi niimoodi kontaktivabalt liikuma panna ka autod ja rongid, miks mitte isegi majad.