Prof. Martinek: przyszłość nadprzewodników to wielka zagadka

Prof. dr hab. Jan Martinek jest kierownikiem Zakładu Nadprzewodnictwa i Przemian Fazowych w Instytucie Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk w Poznaniu. W swoich badaniach zajmuje się m.in. nadprzewodnictwem, w tym wysokotemperaturowym.

Niedawno media obiegła wiadomość o koreańskich naukowcach, którzy mieli opracować nadprzewodnik działający nawet w temperaturze ponad 100 st. C. Jak uważa ekspert, mogłoby to zwiastować rewolucję, ponieważ dzisiaj stosowane nadprzewodniki działają w temperaturze bliskiej zera bezwzględnego.

„Rzeczywiście, nadprzewodniki działające w temperaturze pokojowej, a nawet wyższej, mogłyby zrewolucjonizować świat. Teoretycznie moglibyśmy przesyłać na duże odległości energię elektryczną bez strat. Można by było np. wybudować elektrownię słoneczną na Saharze i przesyłać prąd do Europy. Moglibyśmy budować bardziej oszczędne urządzenia elektroniczne, czy niezbędne w różnych dziedzinach silne elektromagnesy” – wskazuje prof. Martinek.

Jego zdaniem, rozbudzone nadzieje mogą być jednak przedwczesne.

„Temperatura to nie wszystko. Ważne, aby nadprzewodnik mógł przesyłać prąd o odpowiednio dużym natężeniu. Powinien mieć też takie właściwości, aby dało się z niego wytwarzać przewody czy inne elementy. Tak działają nadprzewodniki odkryte już ponad 100 lat temu. Wymagają chłodzenia drogim ciekłym helem do temperatury niewiele wyższej od zera bezwzględnego (ok. minus 270 st. C), ale pracują przy silnych prądach i są to stopy metali, które można łatwo formować. Można je spotkać np. w elektromagnesach działających w urządzeniach do rezonansu magnetycznego. Tego typu nadprzewodniki mogą też stanowić podstawę budowanych właśnie, niektórych komputerów kwantowych" - zwraca uwagę rozmówca PAP.

Przypomina, że mimo, iż w latach 80. odkryto nadprzewodniki działające w temperaturze dużo wyższej (minus 183 st. C), to nie znalazły powszechnego zastosowania. Zbudowane są bowiem z trudnych w obróbce materiałów ceramicznych. Dopiero prowadzi się próby przesyłania z ich pomocą energii.

"Samo odkrycie nadprzewodnika wysokotemperaturowego nie oznacza więc sukcesu, a ogłoszony przez koreański zespół materiał bardziej przypomina ceramikę niż metal” – podkreśla prof. Martinek.

Ja zauważa, logika nakazuje podchodzić do niedawnej rewelacji z rezerwą.

„Koreańscy badacze twierdzą, że odkryli materiał należący do zupełnie nowej rodziny nadprzewodników. Jednocześnie wiele zależy w nim od precyzyjnie dobranych proporcji dużej liczby składników. Jest mało prawdopodobne, aby po pierwsze, udało się od razu natrafić na najlepszy materiał z całej rodziny, a raczej jest ona liczna. Po drugie, istnieje bardzo mała szansa na to, że przy ogłoszonych parametrach naukowcy natrafili na materiał przeciętny w swojej rodzinie i że można w niej znaleźć jeszcze lepsze” – wyjaśnia naukowiec.

Dodaje, że zwykle takie poszukiwania wyglądają odwrotnie.

„Najpierw, natrafiając na nową rodzinę nadprzewodników odkrywa się materiał o słabych właściwościach, potem, w wielu kolejnych próbach znajduje się coraz lepsze. A tutaj – od razu sukces. To wydaje się mało prawdopodobne. Można też chyba wykluczyć wersję, w której od wielu lat koreańscy eksperci badali nową rodzinę materiałów. Na tym polu panuje ogromna konkurencja i raczej nikt nie czeka z ogłoszeniem takich odkryć, bo słusznie się obawia, że go ktoś uprzedzi i to jemu przypadnie cały splendor. Ta grupa badawcza nie jest też szczególnie znana” – podkreśla ekspert.

Według niego trzeba więc poczekać trochę, aż pojawią się kolejne informacje. „Tak naprawdę dyskusję należałoby rozpocząć, kiedy inne zespoły postarają się powtórzyć opisane wynik. Na razie mamy do czynienia z ciekawostką” – uważa.

Tymczasem, jak wyjaśnia, poszukiwanie nowych nadprzewodników to wyjątkowo trudne zadanie. Mimo 100 lata badań, wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi.

„Badania można prowadzić, w zasadzie na dwa sposoby. Jeden to metody obliczeniowe, a drugi – eksperymenty. Jednak dosyć dobrze rozumiemy tylko klasyczne nadprzewodniki odkryte sto lat temu. Nie do końca rozumiemy działanie nawet tych, które odkryto w latach 80. Trudno jest więc przewidywać, których substancji i w jakich układach trzeba użyć. To trochę tak, jakbyśmy byli w dużym, ciemnym pokoju tylko z zapałką w dłoni i prawie po omacku czegoś szukali. Nowe pomysły się jednak czasami pojawiają” – opisuje.

Zwraca przy tym uwagę, że czasami jednak nowe odkrycia są ogłaszane.

„Co jakiś czas można przeczytać o nowym rodzaju nadprzewodnika. Tak było na przykład z wodorkami (związki chemiczne wodoru z innymi pierwiastkami.) w stanie stałym, którego utrzymanie wymaga jednak niebotycznych ciśnień” – przypomina.

Jeśli chodzi o rewolucyjne nadprzewodniki, które będą działać w temperaturze pokojowej, to zdaniem prof. Martinka nie wiadomo nawet, czy da się je uzyskać.

„To złożone zagadnienie. Na tyle, na ile rozumiemy nadprzewodnictwo, natura nie stawia jakiejś konkretnej bariery, jeśli chodzi temperaturę. W nadprzewodnikach, w uproszczeniu mówiąc, elektrony łączą się w pary i to jest podstawa działania tych materiałów. Wzrost temperatury powoduje, że pary te ulegają rozerwaniu. Pytanie, czy uda się znaleźć takie materiały, w których elektronowe pary będą dostatecznie silne, aby nie rozerwały się w wyższej temperaturze" - tłumaczy.

Kolejna sprawa - dodaje naukowiec - to natężenie prądu. "Im wyższa temperatura, tym nadprzewodnik może przewodzić słabszy prąd. Cały czas odkrywamy nowe rodziny nadprzewodników, ale znalezienie takich, które będą działały w temperaturze pokojowej i do tego z dostatecznie silnym prądem, to wyjątkowo trudne wyzwanie. Trudno więc cokolwiek prognozować” – mówi profesor Martinek.

"Być może znajdziemy taki materiał za 10 lat, może za 50, a może za 100. Może też być tak, że nie znajdziemy go nigdy” – podsumowuje.

Nauka w Polsce, Marek Matacz

mat/ agt/