Otaniemessä etsitään huoneenlämmössä toimivaa suprajohdetta – läpimurtoa tavoitellaan vuoteen 2033
Espoo, 31.8.2026. Aalto-yliopiston koordinoima kansainvälinen SuperC-tutkimuskonsortio tavoittelee materiaalia, joka toimisi suprajohteena huoneenlämmössä ja normaalissa ilmanpaineessa. Tavoitevuodeksi on asetettu 2033.
Hankkeessa työskentelee yli 80 tutkijaa neljästä maasta. Mukana on 14 tutkimusryhmän johtajaa, ja kokonaisuutta johtaa Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan professori Päivi Törmä.
Sähkö kulkisi ilman vastusta
Suprajohtavuudessa materiaalin sähkövastus ja siitä syntyvä energiahävikki katoavat. Nykyisin ilmiö saadaan tavallisesti aikaan vasta, kun materiaali jäähdytetään erittäin lähelle absoluuttista nollapistettä.
Jäähdyttäminen vaatii energiaa, kalliita laitteistoja ja muun muassa heliumia. Suprajohtavia materiaaleja hyödynnetään jo suurissa magneeteissa, lääketieteellisessä kuvantamisessa ja kvanttilaitteissa, mutta vaativa jäähdytys rajoittaa niiden käyttöä.
Huoneenlämmössä toimiva materiaali poistaisi yhden keskeisen teknisen esteen. Samalla se voisi avata täysin uusia käyttökohteita, mutta ennen käytännön sovelluksia materiaalin olisi oltava myös valmistettavissa, hallittavissa ja taloudellisesti järkevä.
Kolme tutkimuslinjaa yhdistyy
- Kvanttigeometria: teoreettisessa tutkimuksessa selvitetään elektronien kvanttitilojen geometriaa ja niin sanottuja litteitä energiavöitä, jotka voivat mahdollistaa suprajohtavuuden aikaisempaa korkeammissa lämpötiloissa.
- Kylmälaboratorion kokeet: Otaniemessä näytteitä voidaan jäähdyttää lähelle absoluuttista nollapistettä. Aallon kokeellinen tutkimus keskittyy muun muassa grafeenin ja grafiitin suprajohtaviin ominaisuuksiin.
- Koneoppiminen: algoritmien avulla voidaan tarkastella satojen miljoonien mahdollisten ainerakenteiden ominaisuuksia ja nostaa laboratoriokokeisiin lupaavimpia ehdokkaita.
Menetelmien yhdistäminen on olennaista, koska mahdollisten alkuaineyhdistelmien määrä kasvaa miljardeihin. Kaikkia vaihtoehtoja ei voida valmistaa ja testata yksi kerrallaan.
Kaksi uutta materiaalia toimii yhden kelvinin lämpötilassa
Koneoppimisen avulla on jo löydetty tuhansia materiaaliehdokkaita. Kaksi niistä on valmistettu laboratoriossa: YRu3B2 ja LuRu3B2.
Materiaalit toimivat suprajohteina noin yhden kelvinin lämpötilassa. Ne ovat siten edelleen hyvin kaukana huoneenlämmöstä, eikä niitä voi pitää hankkeen päätavoitteen saavuttamisena.
Tulos antaa kuitenkin näyttöä siitä, että koneoppimisella voidaan ennustaa ja löytää uusia materiaaleja, joita ei ole aikaisemmin valmistettu. Seuraava vaikeampi vaihe on tunnistaa ei-tavanomaisia suprajohteita, joiden toimintaa nykyiset teoriat eivät vielä kattavasti selitä.
Mahdollinen hyöty ulottuisi datakeskuksista sairaaloihin
Aalto-yliopiston artikkelin mukaan huoneenlämmössä toimiva suprajohde voisi vähentää tieto- ja viestintätekniikan maailmanlaajuista energiankulutusta jopa 25 prosenttia. Kyseessä on mahdollisen läpimurron vaikutusta kuvaava arvio, ei toteutunut tai varmaksi todettu säästö.
Mahdollisia käyttökohteita olisivat datakeskusten ja tekoälyjärjestelmien lisäksi lääketieteelliset kuvantamislaitteet, kvanttiteknologia, magneettisesti leijuvat junat ja fuusioenergian kehittäminen.
Välietapeilla voi olla oma arvonsa
Kunnianhimoisen päätavoitteen saavuttuminen ei ole varmaa. Tutkimus voi silti tuottaa uusia materiaaleja, laskentamenetelmiä, mittaustekniikoita ja parempaa ymmärrystä suprajohtavuuden mekanismeista.
Tieteessä suuri tavoite muistuttaa pitkää tutkimusmatkaa: päätepiste voi pysyä kaukana, vaikka matkan varrella löytyisi käyttökelpoisia reittejä muualle. Juuri siksi tuloksia on arvioitava välietappi kerrallaan eikä vasta vuonna 2033.
