Det er i sig selv fascinerende, at vi mennesker kan lave materialer, der er så tynde som naturens allermindste byggesten. De kan dog også vise sig at være meget brugbare, hvis vi forstår at udnytte dem på den rigtige måde, forklarer Søren Ulstrup.

»Når man tager to lag af grafén, lægger dem ovenpå hinanden og roterer dem 1,1 grad, sker der noget ejendommeligt: Materialet bliver superledende. Det betyder, at det kan lede strøm uden tab af energi. Kan vi udnytte det, vil det være en revolution indenfor computerteknologi,« siger han og fortsætter:

»Selvom udviklingen af mikrochips fortsat drøner derudaf, rammer vi på et tidspunkt et naturligt loft. I din telefon sidder der flere milliarder transistorer klemt sammen på en meget lille chip. Fordi de leder strøm, udvikler de varme – og jo flere vi klemmer ind på mindre plads, desto større bliver problemet med at komme af med varmen. Det problem vil forsvinde med en superleder.«

I dag findes der en række superledere, men fælles for dem alle er, at de kun fungerer superledende ved ekstremt lave temperaturer.

»De fleste af dem skal køles ned til tæt på det absolutte nulpunkt – altså omkring -273,15 °C. Det er for det første enormt energi­krævende at køle ned, og desuden er det umuligt at bygge en computer af superledere, som vi kan tage med os rundt, som vi er vant til med vores telefoner og bærbare.«

Søren Ulstrup håber dog på, at han kan designe materialet, så det fungerer superledende ved langt højere temperaturer. Lige nu er der et globalt kapløb i gang om, hvem der først kan udvikle en superleder, der fungerer ved almindelige temperaturer. Det er den hellige gral. Rent teoretisk burde det være muligt, men ingen har løst problemet endnu.

»Ved at fintune vores materiale, håber vi på at nærme os målet. Vi sigter efter at forbedre vores superleder, så den kun skal køles ned til -196,15 °C. Ved den temperatur kan man køle med flydende kvælstof i stedet for helium – og det er meget billigere.«

Superleder kan løse vores energikrise

Hvis det engang i fremtiden lykkes at udvikle en superleder, der fungerer ved normale temperaturer, vil det ikke blot revolutionere vores elektroniske apparater. Det vil praktisk talt gøre energi gratis, fortæller Søren Ulstrup.

»Får vi udviklet et materiale, der både er billigt og superledende ved almindelige temperaturer, vil strømtabet være så lille, at com­putere og telefoner nærmest aldrig vil skulle oplades. Det vil fuldstændig ændre den måde, verden fungerer på. Pludselig vil vi vælte os i billig energi. Det er ikke blot godt for os, men også for klimaet.«

Men der er lang vej endnu. Forskningen i superledere kan sammenlignes med en rutsjebanetur. Der har været enkelte nedkørsler, hvor vi virkelig har haft fart på de senes­te 100 år, men de har hver gang været efterfulgt af lange og seje opkørsler med at finde bedre teorier og materialer. Endnu går jagten på at udvikle det helt rigtige materiale, og Søren Ulstrup tør ikke spå om, hvornår det store gennembrud kommer.

»Der kan gå årtier. Måske mere. Vi roder med universets helt basale byggesten her. Når det foregår på atomart niveau, er forskningen langsom og tidskrævende. Man skal nok væbne sig med tålmodighed.«

Det var først i 2018, at en gruppe forskere opdagede, at man kunne omdanne grafén til en superleder ved at rotere to plader i forhold til hinanden.

Forskergruppen kunne dog ikke forklare, hvorfor det skete. Det mysterium satte Søren Ulstrup sig for at løse for fem år siden, og i dag er han kommet et skridt nærmere på en forklaring.

»Med vores forsøgsopstilling kan vi registrere, hvad der sker inde i materialet, når det bliver superledende. Ved at bombardere de to lag med lys fra Aarhus Universitets partikelaccelerator, ASTRID2, kan vi med en detektor måle, hvilke kvante­mekaniske tilstande elektronerne befinder sig i.«

»Sagt simplere kan vi se, hvordan elektronerne bevæger sig rundt om atomkernerne i materialet. I superledende materialer opstår der det, vi kalder Cooper-par – og det sker også her. Hvorfor det netop sker ved den vinkel, kan vi endnu ikke forklare.«