Phát hiện đặc tính mới của siêu dẫn có thể thay đổi thế giới

Siêu dẫn sẽ hiện thực hóa những giấc mơ như tàu cao tốc 1.200km/h của Tesla, hay đơn giản là ván trượt bay lơ lửng của Lexus.

Khi nói về chất siêu dẫn, các nhà khoa học thường ví nó là vật liệu của tương lai, thứ tạo nên một cuộc cách mạng mới trong công nghiệp và thay đổi cả thế giới. Điều này chỉ đạt được khi trạng thái siêu dẫn của vật chất tồn tại ở nhiệt độ phòng.

Trong nhiều thập kỷ các nhà khoa học không ngừng suy nghĩ về điều này, tuy nhiên, nhiệt độ cao nhất mà họ đạt được chỉ là -140oC. Mới đây, một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Waterloo, Canada tuyên bố họ đã tìm ra chìa khóa của vấn đề, giúp chúng ta tiến nhanh đến siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.


Phát hiện đặc tính mới của siêu dẫn có thể thay đổi thế giới

Một vật lơ lửng trong không trung, biểu tượng của vật liệu siêu dẫn.

Tại sao chất siêu dẫn có thể tạo nên một cuộc cách mạng mới? Lí do đến từ những tính chất tuyệt vời của nó. Siêu dẫn giảm điện trở của vật liệu xuống bằng 0. Điều đó có nghĩa là hệ thống truyền tải điện và tất cả các cỗ máy có thể hoạt động vô cùng hiệu quả với thất thoát năng lượng giảm đáng kể.

Mặc dù đã tạo ra được chất siêu dẫn và ứng dụng chúng vào cuộc sống trong hơn một thế kỷ, tính kinh tế của chất siêu dẫn còn rất hạn chế. Điều đó đến từ việc trạng thái siêu dẫn của vật chất thông thường chỉ đạt được khi hạ nhiệt độ của nó xuống sát ngưỡng 0K, tương đương -273oC.

Quá trình này thậm chí tiêu tốn nhiều hơn rất nhiều năng lượng chúng ta tiết kiệm được khi ứng dụng chất siêu dẫn. Nó sử dụng Nitơ hoặc Heli lỏng để làm lạnh. Điều này đội giá của tất cả các thiết bị và hoạt động sử dụng siêu dẫn ngày nay, từ máy móc y tế hàng ngày cho đến máy gia tốc hạt khổng lồ và các thí nghiệm vật lý của CERN.



Một con tàu có thể lơ lửng cả ở trên và dưới đường ray nhờ siêu dẫn.

Trong nhiều thập kỷ qua, nhiệt độ đạt được trạng thái siêu dẫn của vật chất đang được các nhà khoa học tăng dần lên. Năm 2014, lần đầu tiên trạng thái siêu dẫn có thể đạt được ở nhiệt độ cao kỷ lục: -140oC với áp suất khí quyển. Thậm chí, họ có thể khiến một chất trở thành siêu dẫn ở nhiệt độ phòng trong vài phần tỷ giây.

Tuy nhiên, chính các nhà khoa học trong nhóm nghiên cứu thực hiện điều này cũng không hiểu tại sao nó xảy ra nên không thể dự đoán nó. Lần đạt siêu dẫn ở nhiệt độ phòng năm 2014 được tính là là không đáng tin cậy.

Chính vì vậy, nhóm các nhà vật lý tại Đại học Waterloo, Canada, dẫn đầu bởi tiến sĩ David Hawthorn, quyết định tiếp tục nghiên cứu vấn đề này. Họ muốn tìm hiểu xem chính xác những gì xảy ra khi một chất đạt trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ cao. Khi đó, chúng ta có thể tinh chỉnh quá trình để khiến điều này xảy ra thường xuyên ở nhiệt độ cao nhất có thể.


Tấm ván trượt của Lexus vẫn cần làm lạnh với Nitơ lỏng.

Hawthorn và nhóm của ông sử dụng những tia X mềm tán xạ để nhìn sâu vào điều xảy ra bên trong các vật liệu gốm đồng oxyt. Đây là vật liệu tốt nhất mà chúng ta có thể tạo ra để đạt trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ cao.

Khi nhìn vào sâu các lớp nguyên tử, nhóm nhiên cứu phát hiện một cấu trúc đặc biệt. Họ tin rằng đây chính là chiếc công tắc để 'bật tắt' trạng thái siêu dẫn của vật chất ở nhiệt độ cao, giải thích cho việc đôi khi nhóm nghiên cứu trước đạt được siêu dẫn còn đôi khi thì không.

'Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xác định được một số liên kết bất ngờ của các điện tử. Nó có khả năng xuất hiện trong mọi trạng thái siêu dẫn của vật chất ở nhiệt độ cao', Hawthorn nói.

Cụ thể, đây là hiện tượng mà các đám mây điện tử sắp thành những hàng rất trật tự và có định hướng. Nó giống như đã tạo thành các ô hình caro trong các chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao. Nhóm nghiên cứu gọi nó là 'electronic nematicity'.

'Những mô hình sắp xếp và sự đối xứng có tác động quan trọng đến trạng thái siêu dẫn. Nó có thể triệt tiêu, cùng tồn tại hoặc là tăng cường tính siêu dẫn', Hawthorn nói. Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy hiện tượng 'electronic nematicity' thường xảy ra trong gốm đồng oxyt khi nhiệt độ giảm xuống đến một điểm xác định. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Science.



Cấu trúc vật liệu gốm đồng oxyt trong nghiên cứu.

Thách thức lớn nhất đối với nhóm nghiên cứu hiện nay là 'electronic nematicity' liệu sẽ liên quan thế nào đến quá trình dao động mật độ điện tích. Điều này vô cùng phức tạp nhưng có ý nghĩa rất quan trọng.

'Thông thường, các điện tử phân phối rất đồng đều. Tuy nhiên, khi các điện tích xếp thành một trật tự chúng tạo thành các bó điện tử, giống như những gợn sóng trên mặt hồ', đại diện Đại học Waterloo giải thích. 'Điều này thiết lập một cuộc cạnh tranh. Vật liệu sẽ dao động giữa trạng thái siêu dẫn và không siêu dẫn. Cho đến khi nhiệt độ hạ xuống đủ thấp để trạng thái siêu dẫn giành chiến thắng'.

Nhóm nghiên cứu sẽ giải quyết vấn đề này trong công trình tiếp theo. Sau đó, họ có thể biến 'electronic nematicity' thành một 'công tắc vặn' có thể điều chỉnh. Mục đích cuối cùng là kiểm soát trạng thái siêu dẫn của vật chất ở nhiệt độ phòng một cách đáng tin cậy.

Có thể thấy rằng, công việc của các nhà khoa học mới chỉ đi đến 1 phần 3 quãng đường. Nhưng dù sao đó cũng là một bước quan trọng hơn để đạt đến ước mơ vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao. Phải nhắc lại một điều rằng vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ cao là thứ có thể tạo ra cuộc cách mạng mới trong công nghiệp và thay đổi cả thế giới.

Từ khoá : thay

TIN LIÊN QUAN

Lần đầu tiên tạo thành công tính siêu dẫn cho vật liệu thường

Lần đầu tiên trong lịch sử ngành vật lý, các nhà khoa học đã tạo được tính siêu dẫn (khả năng dẫn điện với điện trở bằng 0) cho một vật liệu thông thường.

Chế tạo thành công Pin mặt trời siêu nhẹ

Các nhà khoa học Mỹ phát minh loại pin quang điện siêu mỏng và siêu nhẹ, có thể đặt trên đỉnh những bong bóng xà phòng mà không làm vỡ chúng.

Nobel Vật lý 2016 và bí ẩn về các vật chất lạ

Bộ ba nhà khoa học nhận giải Nobel Vật lý 2016 đã sử dụng phương pháp hình học tô pô (topology), một nhánh của toán học, để giải thích những trạng thái kỳ lạ của của vật chất như siêu dẫn và siêu lỏng ở nhiệt độ thấp.

Chế tạo thành công vật liệu kính siêu bền, nhưng lại được làm từ gỗ

Gỗ là một vật liệu bền và linh hoạt, nhưng nó có thể mục nát, bị sâu bọ ăn mòn và chắn ánh sáng. Kính cũng không khá hơn là mấy, chúng bể dễ dàng và không thể chắn nhiệt hiệu quả.

Các nhà khoa học Trung Quốc tạo ra loại tơ siêu bền dẫn được cả điện

Khi mà ngành công nghiệp dệt tơ đi xuống, thì đây có thể là chiều hướng mới cho những con tằm được nghiên cứu và phát triển.

Trung Quốc có thể chế tạo thành công Mặt Trời nhân tạo

Các nhà khoa học Trung Quốc có thể tạo ra khí hydro nóng gấp ba lần lõi của Mặt Trời bằng cách sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân và duy trì mức nhiệt độ này trong 102 giây.

THỦ THUẬT HAY

Hướng dẫn chi tiết cách tạo kênh YouTube kiếm tiền

Bạn đang muốn kiếm tiền từ YouTube nhưng vẫn chưa biết cách tạo kênh YouTube kiếm tiền. Ngay sau đây chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn một cách đầy đủ và chi tiết nhất. Để tạo kênh trước hết bạn cần phải đăng ký tài khoản

5 ứng dụng SMS tốt nhất nên sử dụng cho smartphone Android

Mặc dù trên mỗi thiết bị Android hiện nay đều được tích hợp sẵn một ứng dụng nhắn tin với đầy đủ chức năng hỗ trợ cơ bản, nhưng bạn cảm thấy nhàm chán và muốn trải nghiệm những giao diện hoặc tính năng mới mẻ hơn? Sau

Hướng dẫn tải về 12 hình nền chính thức tuyệt đẹp dành cho iPhone XR

Giống như hình nền của iPhone XS thì những hình nền của iPhone XR cũng có nhiều màu sắc mô tả chủ đề bong bóng. Những hình nền tương ứng với 6 tùy chọn màu sắc trên iPhone XR bao gồm: trắng,

Apple mở rộng tính năng xác minh 2 bước ra 59 quốc gia

Apple hôm nay đã mở rộng tính năng xác minh 2 bước ra 59 quốc gia trên toàn thế giới trong đó có Việt Nam.

Đảm bảo bạn sẽ chẳng thể nào giàu lên được nếu vẫn bảo thủ với 15 suy nghĩ này

Chúng ta vẫn thường nghe có rất nhiều cách để làm giàu, tuy nhiên, chọn cách nào để giàu nhanh và bản thân có khả năng làm được thì lại là chuyện không hề đơn giản.

ĐÁNH GIÁ NHANH

Đánh giá chi tiết Nokia 7.1: Đối thủ đáng gờm ở phân khúc tầm trung

Cuối năm 2018, các nhà sản xuất với thương hiệu lớn đồng loạt ra mắt các sản phẩm trung cấp với thiết kế, phần cứng và camera vô cùng bắt mắt. Và Nokia không ngoài cuộc chơi, khi hãng hiện đang dần lấy lại phong độ và

Trên tay và đánh giá nhanh camera quan sát Yi Dome 720 kết nối app Yi Home

Hiện nay, các loại camera quan sát, camera an ninh trên thị trường có rất nhiều mẫu mã, chủng loại khác nhau. Việc lựa chọn một chiếc camera có thể đáp ứng được các nhu cầu và giá tiền của mỗi người rất khó khăn nếu

Đánh giá camera sau OPPO F7: Phần cứng như F5, nhưng AI đã giúp cải thiện hình ảnh tốt hơn

Trái ngược với camera trước luôn nhận được sự khen ngợi của hầu hết người dùng, camera sau trên các sản phẩm OPPO chưa bao giờ được đánh giá quá cao mà chỉ ở mức vừa phải. Nhưng OPPO F7 sẽ cho bạn cái nhìn khác về chất