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 cập nhật phiên bản mới nhất cho Galaxy S8 sửa nhiều lỗi

Tuy đến thời điểm hiện tại, Galaxy S8 và S8+ vẫn chưa được bán ra chính thức tại Việt Nam. Nhưng Samsung đã tung ra một bản update cho toàn bộ máy 'Quốc tế' để sửa nhiều lỗi trước đó, nhất là lỗi ám đỏ khá nghiêm trọng.

11 điều mà các lập trình viên cần nhớ khi muốn phát triển ứng dụng di động

11 câu hỏi mà bất cứ nhà phát triển nào cũng phải tìm được đáp án trước khi bắt đầu lập trình ứng dụng.

Hướng dẫn sử dụng cơ bản và khắc phục lỗi Google Meet trên điện thoại và máy tính

Tình trạng dịch Covid-19 kéo dài khiến những doanh nghiệp, cơ sở giáo dục không thể làm việc trực tiếp với nhau, và ứng dụng Google Meet là một trong những ứng dụng cho phép cho những cuộc họp online, những buổi học

Hướng dẫn mở nhanh hệ thống trình duyệt web bạn yêu thích

Trong quá trình lướt web, một số trang web giải trí, hỗ trợ công việc,… sẽ luôn luôn gắn liền với bạn. Và mỗi lần mở trình duyệt web, thì bạn lại muốn những trang web này được mở lên đầu tiên (VD: facebook, youtube,

iPlay Music - Trình phát nhạc cho trải nghiệm mới mẻ nhờ bộ giao diện độc đáo

iPlay Music được phát triển bởi một nhóm lập trình viên người Việt, sở hữu nhiều tính năng thú vị như mở bảng điều khiển bằng thao tác vuốt, giao diện trình điều khiển độc đáo (hình bánh xe), phát video YouTube dưới

ĐÁNH GIÁ NHANH

Mở hộp và đánh giá nhanh KEF Porsche Design Space One: Một chiếc tai nghe chống ồn chủ động đẹp

Khi nhắc đến các thương hiệu âm thanh có uy tín, KEF có thể không phải là cái tên đầu tiên xuất hiện trong suy nghĩ của nhiều nhiều mà đa phần sẽ là Bose, là Sony vì họ có một loạt các sản phẩm phù hợp cho nhiều đối

Đánh giá Android TV Box Lenovo Ministation giá 2 triệu đồng

Kỳ thực với mức giá 2 triệu đồng, có thể nói là hơi cao hơn so với đa số những chiếc máy Android Box trên thị trường, nhưng bù lại chúng ta có một chiếc máy xem phim, chơi game Android với hiệu năng cũng như p/p khá

Đánh giá Zenfone 5Z: Cấu hình “khủng” cùng nhiều tính năng ấn tượng

Điểm nổi bật nhất trên sản phẩm chính là thiết kế không viền, với màn hình được mở rộng lên sát cạnh trên, chỉ chừa lại một phần nhỏ viền dưới. Đáng chú ý cạnh trên màn hình của sản phẩm cũng chừa vị trí để đặt cảm