Od dziesięcioleci fizycy marzą o nadprzewodniku działającym w temperaturze pokojowej. Nowe badanie nie przynosi jeszcze takiego materiału, ale pokazuje, że sztuczna inteligencja może znacząco przyspieszyć jego poszukiwania

Prąd elektryczny zawsze napotyka opór – z jednym wyjątkiem. W nadprzewodnikach może płynąć bez żadnych strat energii. To jedno z najbardziej niezwykłych zjawisk fizyki, wykorzystywane m.in. w rezonansie magnetycznym, komputerach kwantowych czy pociągach lewitujących magnetycznie. Największą przeszkodą pozostaje temperatura. Znane dziś nadprzewodniki wymagają silnego chłodzenia, często do temperatur bliskich zera bezwzględnego. To sprawia, że ich zastosowanie jest kosztowne i ograniczone.

Od lat fizycy próbują znaleźć materiał, który zachowywałby właściwości nadprzewodzące w temperaturze pokojowej. Gdyby się to udało, mogłoby to całkowicie zmienić sposób przesyłania i wykorzystywania energii elektrycznej. „Nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej zmieniłby sposób, w jaki wykorzystujemy energię. Gdyby zastąpił tradycyjne przewodniki na przykład w komputerach czy centrach danych, zużycie energii mogłoby znacząco spaść, a sektor technologii cyfrowych emitowałby znacznie mniej ciepła” – mówi prof. Päivi Törmä z Uniwersytetu Aalto.

Nie wiadomo, ile związków chemicznych mogłoby wykazywać takie właściwości. Możliwych kombinacji pierwiastków są miliony, a prawdopodobnie nawet miliardy. Tylko niewielka część z nich spełnia odpowiednie warunki. Dotąd odkryto ponad siedem tysięcy nadprzewodników. Większość znaleziono metodą prób i błędów albo dzięki przypadkowym obserwacjom. Teoretyczne sprawdzenie każdego możliwego materiału wymaga jednak ogromnej mocy obliczeniowej i jest niezwykle czasochłonne.

Dlatego międzynarodowe konsorcjum SuperC postanowiło odwrócić dotychczasowy sposób poszukiwań. Zamiast wykonywać szczegółowe obliczenia dla wszystkich możliwych materiałów, najpierw wykorzystano uczenie maszynowe do wytypowania najbardziej obiecujących kandydatów. Dopiero później poddano ich szczegółowej analizie. W ten sposób badacze wskazali dwa wcześniej nieznane nadprzewodniki: YRu₃B₂ i LuRu₃B₂.

Modele komputerowe przewidywały, że oba związki powinny wykazywać nadprzewodnictwo. Zespół z Rice University otrzymał je następnie w laboratorium i potwierdził te przewidywania eksperymentalnie. Oba materiały zawierają charakterystyczny układ atomów zwany siecią kagome. Nazwa pochodzi od tradycyjnego japońskiego wzoru plecionki z bambusa. W takich strukturach elektrony mogą tworzyć tzw. płaskie pasma energetyczne, które sprzyjają powstawaniu nadprzewodnictwa.

Odkrycie dwóch nowych materiałów nie oznacza jeszcze przełomu technologicznego. Podobnie jak wiele innych nadprzewodników, również one wymagają bardzo niskich temperatur. Autorzy podkreślają jednak, że najważniejszym osiągnięciem jest sama metoda poszukiwań. „Przez dziesięciolecia odkryto ponad siedem tysięcy nadprzewodników, ale w większości przez przypadek. Tymczasem teoretycznie udało się wcześniej przewidzieć zaledwie około 20 materiałów” – mówi prof. Törmä.

Autorzy podkreślają, że możliwość szybkiego odrzucania mało obiecujących związków jest największą zaletą nowego podejścia. Pozwala skoncentrować czas i zasoby laboratoryjne na materiałach, które rzeczywiście mają szansę wykazywać nadprzewodnictwo.

Konsorcjum SuperC, działające od 2023 r., postawiło sobie ambitny cel – znalezienie nadprzewodnika działającego w temperaturze pokojowej do 2033 r. Nowe odkrycie pokazuje, że uczenie maszynowe może stać się jednym z najważniejszych narzędzi na tej drodze.

Źródła:

Päivi Törmä i współautorzy, Machine-learning-guided discovery of kagome superconductors YRu₃B₂ and LuRu₃B₂, Physical Review Research (2026), DOI: 10.1103/lpqj-7hyg.

Materiały Uniwersytetu Aalto: https://www.eurekalert.org/news-releases/1133828

• Nauki techniczne