Fra kvarts til kvantemekanikk

Kvarts er et av de vanligste mineralene i jordskorpen. På Drag i Nordland forvandles kvarts til å bli en hovedingrediens i noen av morgendagens mest lovende teknologier.

Så mye som tolv prosent av jordskorpen er anslått å være en form for kvarts. Det er også et mineral de fleste kjenner til. Hvem har ikke sett en bergkrystall eller en flintstein?

Men visste du at det du sitter og scroller med i hånden hver dag, er helt avhengig av dette mineralet?

Gjennom historien har noe så ordinært som kvarts vært en vesentlig del av nyskaping og teknologiutvkling. Fra steinaldervåpen laget av flint, til klokker bestående av kvartskrystaller, til multi- og mono krystallinske solcellepanel.

Nå spås kvarts en hovedrolle i morgendagens nyvinninger – enten det er mikrochips, fiberoptiske kabler, 5G eller kvantedatamaskiner.

– Alt starter langt der nede i dypet

Hvor kommer så dette vidundermineralet fra?

Trond Brenden-Veisal har jobbet med kvarts i mer enn 25 år og er blant Norges mest erfarne kvartsgeologer. Nå er han Exploration Manager i The Quartz Corp – en jobb han hevder aldri gir en kjedelig dag.

Han forteller at kvarts består av ett silisiumatom og to oksygenatomer –SiO2– og at det finnes flere måter denne sammensetningen kan dannes på. Felles for disse prosessene er at de foregår langt under jordoverflaten.

– Det finnes magmatisk-, hydrotermal- og sedimentær kvarts, som alle er dannet på ulikt vis. Førstnevnte dannes fra glødende smeltemasser som avkjøles og krystalliserer til mineraler blant annet kvarts, den andre krystalliserer i sprekker og hulrom hvor det er varmt vann med høyt silisiuminnhold under høyt trykk, mens den tredje dannes ved erosjon av de overnevnte typene og herdes gjennom gradvis økning av trykk og temperatur ned gjennom jordskorpen. Alt starter langt der nede i dypet, forklarer Trond. 

Når kontinentene eroderer, altså materialer i jordoverflaten slites bort og forflyttes av vind, vann eller is, forteller Trond at kvartsen ofte står igjen som rygger og åser fordi den er så hardfør.

– Kvartsen avsettes i elveløp og lignende. Bølgeaktivitet mot kystlinjen kan trekke alle de fine og lettere mineralene ut i havet, mens kvartsen blir liggende igjen nær og på strender.

Flittig brukt mineral

Helt fra tidlige tider er kvarts blitt brukt av mennesker. Mineralet peker seg ut som god til redskaper på grunn av sin hardhet, og pynt på grunn av sin skjønnhet.

– Jeg tror man kan spore bruken av kvarts helt tilbake til neandertalernes tid. Det har blitt brukt til våpen og verktøy, men også til pynt og smykker. Mye senere oppdaget mennesket kvartsens mange andre nytteområder, sier Trond.

For noen av disse nytteområdene er særlig én ting viktig: Hvor ren kvartsen er.

Jakten på den reneste kvartsen

Et viktig spørsmål for mange som skal bruke kvarts i teknologi, er nemlig hvor ren kvartsen er. Jo renere og mer homogen kvartssanden er, desto mer ettertraktet blir den. Da får den nemlig spesielle egenskaper. 

Et mål for de som foredler kvarts, er å oppnå såkalt “high purity quartz” (HPQ). I dag er det kun to selskaper i verden som klarer å lage dette produktet. Ett av dem er The Quartz Corp på Drag på Hamarøy.

– Denne kvartsen smeltes til glass. Hvis den er uren, vil det for eksempel kunne gi bobler eller sorte flekker i glasset, og det ønsker vi ikke. Dette kan få det til å sprekke opp eller ødelegge de optiske egenskapene, og dermed ikke gjennomskinnes av lys like godt, forklarer Trond.

Spørsmålet er hvordan man kan fjerne urenhetene.

– Da er vi nede på mikronivå. Vi må finne prosesser som fjerner og reduserer urenhetene. Hvis urenhetene er på utsiden, kan vi fjerne dem. Men dersom urenhetene er på innsiden og er på atomnivå, kommer vi til kort.

Kravene til renhet gjør at vi må finne stedene der kvartsen er veldig ren i naturen. I dag er noen av disse utvalgte stedene Spruce Pine i North Carolina og på Drag i Nordland. 

Behovet for HPQ er stort i dag, men spådommene tilsier at behovet vil øke.

– Den aller reneste kvartsen er et helt sentralt element i mikrochips, solceller og i fiberoptiske kabler, for hurtig overføring av data.

Allerede er “high purity quartz” en ettertraktet ingrediens i databrikker. Den siste tiden har også forskning pekt på at denne ingrediensens evner til å frakte data lynraskt også vil være ettertraktet i kvantedatamaskiner.

– Jeg tror vi har en spennende fremtid i møte, hvor kvarts vil spille en viktig rolle, som det alltid har gjort for mennesker, sier Trond.