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 trải nghiệm phiên bản Messenger Lite trên iOS

Về cơ bản, Messenger Lite cắt giảm một số tính năng và hiệu ứng không cần thiết nhằm tiết kiệm bộ nhớ RAM hơn rất nhiều so với ứng dụng chính thức hiện nay. Đối với thiết bị có cấu hình thấp hoặc thường

Cách thay đổi icon hình vuông trên Anroid 8.0 Oreo cho thiết bị Nexus

Bạn đang dùng Android 8.0 Oreo trên thiết bị Nexus và bị mắc kẹt trong các icon ứng dụng hình vuông? Vậy thì hãy đọc bài viết sau để biết cách chuyển chúng về icon hình trong quen thuộc nhé!

Cách nâng cấp Client mới Liên Minh Huyền Thoại

Mới đây Garena đã bắt đầu áp dụng Client mới cho tựa game Liên Minh Huyền Thoại sau một thời gian beta. Game thủ có thể tiến hành nâng cấp Client Liên Minh Huyền Thoại trên Garena để sử dụng duy nhất một Client chơi

Hướng dẫn chuyển tin nhắn từ Windows Phone sang thiết bị Android

Bạn đang có ý định chuyển đổi từ Windows Phone sang một chiếc smartphone Android nhưng lại lo ngại việc mất hết Tin nhắn quan trọng?

Cách kiểm tra bản cập nhật cho các ứng dụng ngoài Play Store

Đối với các ứng dụng mà bạn đã tải về thông qua cửa hàng Google Play Store, bạn sẽ luôn nhận được thông báo khi có bản cập nhật mới cho các ứng dụng này.

ĐÁNH GIÁ NHANH

So sánh iPad mini 6 và iPad mini 5: Đâu là điểm khác biệt?

Phiên bản mới iPad mini 6 vừa ra mắt của Apple sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật như màn hình rộng lớn, hỗ trợ công nghệ 5G, tích hợp bút Pencil 2 và cổng USB-C,…Đây là những nâng cấp đáng giá so với phiên bản tiền nhiệm

Đánh giá Asus Zenfone 3 Max: thiết kế ấn tượng, thời lượng pin tốt

Không chỉ sở hữu thiết kế kim loại nguyên khối đẹp mắt, Asus Zenfone 3 Max còn ghi điểm với người dùng nhờ thời lượng pin vô cùng ấn tượng.