Siêu vật liệu đang mở đường cho vật liệu siêu dẫn nhiệt độ phòng

Những nhà vật lý tại Mỹ đã đề xuất một phương pháp mới để tạo nên vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao là dựa vào siêu vật liệu. Kế hoạch của họ là sử dụng việc kết hợp giữa vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ thấp với vật liệu điện môi để tạo nên vật liệu siêu dẫn có nhiệt độ cao hơn nhiều so với các thành phần cấu tạo nên nó. Nhóm làm việc vẫn đang tiếp tục tiến hành thí nghiệm và hy vọng rằng chúng sẽ thành công để mở đường cho việc tạo ra vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.

Kể từ khi lần đầu tiên vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao được phát hiện ra cách đây 30 năm, các nhà vật lý vẫn đang tìm kiếm trong vô vọng đối với vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ thường. Nhưng bất chấp những nỗ lực đó, các nhà vật lý vẫn không thể tạo ra vật liệu siêu dẫn có nhiệt độ vượt quá 140K, tức hiện tại vẫn thấp hơn mức 150K so với nhiệt độ phòng.

PW-2013-12-03-Johnston-meta

Nhưng giờ đây, giáo sư Vera Smolyaninova tại trường Đại Học Towson và giáo sư Igor Smolyaninov tại trường Đại Học Marylan đã đề xuất một phương pháp tiếp cận để có thể tăng nhiệt độ tới hạn của vật liệu siêu dẫn. Ý tưởng của họ liên quan tới việc tạo nên một vật liệu nhân tạo gọi là siêu vật liệu – loại vật liệu được thiết kế để có tính chất điện từ không thể tìm thấy trong tự nhiên, với chỉ số khúc xạ âm. Là loại vật liệu đang được nghiên cứu trong áo choàng tang hình và siêu ống kính.

Phương pháp của họ được truyền cảm hứng từ một mô tả về vật liệu siêu dẫn, được đưa ra vào năm 1973 bởi một nhà vật lý người Nga David Kirzhnits và các cộng sự của ông. Cách tiếp cận của Kirzhnits là phần bổ sung cho lý thuyết về vật liệu siêu dẫn còn thiếu, nó cũng chỉ ra được độ lớn của tương tác giữa các electron trong vật liệu siêu dẫn là tỉ lệ nghịch với hàm điện môi của vật liệu.

Lực hút lớn nhất

Thông thường tính chất siêu dẫn sẽ tăng lên khi có một lực hút hiệu dụng giữa 2 electron, tạo thành một bắt cặp. Nếu một vật liệu được thiết kế để tạo ra hàm điện môi nhỏ và có giá trị âm, nó sẽ tạo ra một lực hút lớn hơn giữa các electron, và vì vậy có thể hy vọng tìm thấy được nhiệt độ tới hạn cao hơn hiện nay.

Trong một bản thảo gần đây, Smolyaninova và Smolyaninov đã chỉ ra rằng sự gần đúng của hàm điện môi gần giá trị zero (ENZ) dùng trong thiết kế nên siêu vật liệu, có thể đưa ra một giải pháp tạo ra vật liệu với một giá trị điện môi xác định. Siêu vật liệu ENZ này là sự trộn của kim loại và các thành phần điện môi, trong giải pháp này kim loại cũng được coi như là một vật liệu siêu dẫn thông thường với nhiệt độ tới hạn 10K.

Siêu vật liệu ENZ được đề xuất tạo nên bởi một vật liệu siêu dẫn với các vật liệu điện môi ngẫu nhiên. Smolyaninova cũng đã nói rằng khả năng hiện tại cho chất điện môi là chất sắt điện “strontium titanate”, có thể được tạo ra dưới dạng hạt nano. Kích thước giữa tạp chất và khoảng cách trung bình của chúng phải nhỏ hơn chiều dài giữa các bắt cặp electron trong vật liệu siêu dẫn, vào cỡ 100nm.

Thiết kế Hyperbolic

Một thiết kế khác được đề xuất là vật liệu “hyperbolic”, trong đó hàm điện môi được thiết kế dưới dạng luân phiên các lớp của kim loại và vật liệu điện môi. Họ cũng thấy rằng các vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ cao trước đây cũng có một số tính chất tương đồng với vật liệu “hyperbolic”. Và lần này kim loại cũng sẻ đóng vai trò là vật liệu siêu dẫn thông thường với nhiệt độ tới hạn thấp – 10K.

Smolyaninova cũng nói rằng hiện tại họ đang thiết kế siêu vật liệu và sắp tiến hành thí nghiệm thực tế với chúng. Giáo sư cũng chỉ ra rằng ENZ thì thiết kế dễ hơn nhiều so với vật liệu “hyperbolic”. Bà cũng hy vọng rằng siêu vật liệu - siêu dẫn trước tiên có thể được tạo ra với nhiệt độ tới hạn cao hơn nhiệt độ sôi của nitor lỏng (77K). Điều này sẽ giúp họ tiến tới các hệ thống siêu dẫn nhiệt độ cao hơn.

Nguyễn Quý Trường

Theo physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Các bài khác


Khi dòng điện tác dụng lên nam châm
08/06/2022
Khả năng khai thác lượng điện năng có vẻ vô tận là một trong những nền tảng của thế giới hiện đại. Công nghệ ấy
Nhận thức lịch sử về nam châm
28/05/2022
Vào năm 1600, một bác sĩ người Anh cho biết ngoài trọng lực, Trái Đất còn tác dụng những lực khác khi ông chỉ ra rằng hành
Photon là gì?
25/07/2021
Là hạt sơ cấp của ánh sáng, photon vừa bình dị vừa mang đầy những bất ngờ. Cái các nhà vật lí gọi là photon, thì những
Lược sử âm thanh
28/02/2021
Sóng âm: 13,7 tỉ năm trước Âm thanh có nguồn gốc từ rất xa xưa, chẳng bao lâu sau Vụ Nổ Lớn tĩnh lặng đến chán ngắt.
Đồng hồ nước Ktesibios
03/01/2021
Khoảng năm 250 tCN. “Đồng hồ nước Ktesibios quan trọng vì nó đã làm thay đổi mãi mãi sự hiểu biết của chúng ta về một
Tic-tac-toe
05/12/2020
Khoảng 1300 tCN   Các nhà khảo cổ có thể truy nguyên nguồn gốc của “trò chơi ba điểm một hàng” đến khoảng năm 1300
Sao neutron to bao nhiêu?
18/09/2020
Các nhà thiên văn vật lí đang kết hợp nhiều phương pháp để làm hé lộ các bí mật của một số vật thể lạ lùng nhất
Giải chi tiết mã đề 219 môn Vật Lý đề thi TN THPT 2020 (đợt 2)
04/09/2020

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com