Det märkliga fenomenet supraledning innebär att material kan leda elektrisk ström utan energiförlust. Därmed blir oerhört effektiva energitransporter möjliga: idag används supraledare exempelvis i magnetkameror, partikelacceleratorer och inom vindkraft.

Men det finns en hake. De flesta supraledare fungerar bara vid extremt låg temperatur nära den absoluta nollpunkten, -273 grader C. För att nå dessa temperaturer krävs kylning med flytande helium, vilket gör supraledarna dyra och svåra att använda. På 1980-talet upptäckte forskare högtemperatursupraledare: kopparoxidmaterial som blir supraledande vid temperaturer över -196°C. Det var ett stort genombrott, eftersom dessa material kan kylas med flytande kväve.

– Att kunna använda mer vanliga kylmedel som flytande kväve gör nedkylningen betydligt enklare och billigare. Därför har upptäckten av högtemperatursupraledare skapat stora förhoppningar om att kunna lösa många av dagens energiutmaningar, säger Floriana Lombardi, professor i kvantmaterial och nanoenheter vid Chalmers.

Vill förstå grunden till högtemperatursupraledning

Sedan upptäckten av högtemperatursupraledare har fysiker arbetat för att uppnå supraledning vid allt högre temperaturer. Slutmålet är att kunna skapa material som är supraledande redan vid rumstemperatur, så att ingen nedkylning krävs. Men då behövs mer kunskap. För trots många studier inom området är mycket fortfarande okänt om varför, och hur, högtemperatursupraledning i kopparoxidmaterial uppstår.

Dessa viktiga kunskapsluckor ska Floriana Lombardi nu ta sig an. Med helt nya tillvägagångssätt ska hon och hennes forskargrupp skapa nya fysikaliska fenomen och materialtillstånd hos högtemperatursupraledare. Förhoppningen är att öka förståelsen för de svårfångade mekanismerna bakom högtemperatursupraledning.

– Vi behöver mer kunskap om det här materialets fysik om vi ska lyckas skapa supraledning vid ännu högre temperaturer än vad vi kan idag. Med vår forskning vill vi skapa helt nya sätt att manipulera och styra materialet. Det ger möjligheter att förstå dess egenskaper, och grunden till att högtemperatursupraledning kan ske. Den här forskningen känns väldigt spännande eftersom vi försöker hitta en viktig pusselbit till en gåta som vi inte har lyckats lösa på närmare 40 år, säger hon.

2D-material inspirerar till nya metoder

Forskargruppens nya angreppssätt är inspirerat av den senaste utvecklingen inom så kallad Moiré-fysik i tvådimensionella (2D) material: material som består av enbart ett eller ett fåtal lager av atomer – exempelvis grafen. När två lager av tvådimensionella material överlappar varandra med en liten vridningsvinkel uppstår ett mönster, ett fenomen som kallas för Moiré-mönster. Nyligen stod det klart att dessa strukturer kan användas för att skapa nya fysiska fenomen och ovanliga materialegenskaper.

Den här forskningen känns väldigt spännande eftersom vi försöker hitta en viktig pusselbit till en gåta som funnits i närmare 40 år.

Floriana Lombardis forskargrupp ska dra nytta av de nya framstegen inom 2D-material och använda samma principer på högtemperatursupraledare. Detta kommer lägga till en ny ”justeringsknapp” för att ändra materialets egenskaper, vilket kan underlätta förståelsen av hur högtemperatursupraledning fungerar.

Samtidigt är en förhoppning att den nya metoden kan få en ännu bredare betydelse.

– Vi hoppas att det här nya tillvägagångssättet ska kunna användas inom nano- och kvantteknik för att justera flera olika material och dess egenskaper. Det kan bana väg för nya grepp i forskningen och öppna dörrar för hur vi kan arbeta med kvantmaterial, säger hon.

Många möjliga användningsområden

Lombardi ser supraledning i rumstemperatur som en långsiktig dröm, men nya kraftfulla verktyg och banbrytande idéer har gjort att forskare är närmare målet än någonsin. Hennes ambition är att bidra med viktiga steg på vägen.

– Supraledning som inte kräver kyla har enormt många potentiella användningsområden, och skulle bland annat kunna användas för att skapa bättre medicinteknisk utrustning i sjukvården, mer miljövänliga material eller effektiva transporter av förnybar energi över stora avstånd, säger hon.

Floriana Lombardi beskriver sig själv som en passionerad forskare som älskar sitt arbete. Hon trivs med att vara med i hela forskningskedjan - från idé till att utveckla och genomföra experiment och analysera resultat.

– Efter 30 år som forskare är jag fortfarande nyfiken och vill lära mig nya saker. Det är fantastiskt att få möjligheten att vara så kreativ i sitt arbete, säger hon.

Anslaget från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse skapar både trygghet, frihet och stora möjligheter, betonar hon.

– Det ger kontinuitet i forskningen, och gör det möjligt att utforska nya idéer och använda mina styrkor på bästa sätt, säger hon.

Text Ulrika Ernström
Bild Johan Wingborg