Hãy tưởng tượng một thế giới mà ở đó tàu bay từ trường (maglev) là phổ biến, máy tính nhanh như chớp, dây cáp điện ít bị tổn thất và tồn tại các máy dò hạt mới. Đây là thế giới mà các chất siêu dẫn nhiệt độ phòng là hiện thực. Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester đã tạo ra một vật liệu siêu dẫn hoạt động ở cả nhiệt độ và áp suất đủ thấp cho các ứng dụng thực tế của mình.
Trong thông cáo báo chí mới được công bố, Ranga Dias - trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí và vật lý - nhận định :“Với loại vật liệu này, buổi bình minh của tính siêu dẫn đa chiều và công nghệ ứng dụng tiên tiến đã đến”.
Vật liệu mới là một loại hợp chất lutetium hydride pha tạp nitơ (NDLH) thể hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ 69 độ F và áp suất 10 kilobar (145.000 pound mỗi inch, hoặc psi).
Hydrua được tạo ra bằng cách kết hợp các kim loại đất hiếm với hydro, sau đó thêm nitơ hoặc carbon để tạo ra hỗn hợp chất. Bằng việc tìm hiểu và phát triển chúng, các nhà nghiên cứu đã có được một “công thức làm việc” đầy tiềm năng và cảm hứng để tạo ra các vật liệu siêu dẫn trong những năm gần đây.
Tuy nhiên, các hợp chất thu được trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ hoặc áp suất nhất định vẫn không thực tế cho các ứng dụng trong nghiên cứu do vẫn còn ẩn chứa một vài nguy cơ an toàn chưa được tìm hiểu một cách triệt để.
Để khắc phục vấn đề này, Dias đã tìm kiếm các phương pháp khả thi dọc theo bảng tuần hoàn. Anh ấy coi lutetium là “một ứng cử viên sáng giá để thử”. Vật liệu này có 14 electron được điền đầy đủ cục bộ ở mức độ cao trong cấu hình quỹ đạo f của nó nhằm triệt tiêu quá trình làm mềm phonon và mang lại sự tăng cường liên kết electron-phonon cần thiết cho hiện tượng siêu dẫn diễn ra ở nhiệt độ môi trường.
Dias cho biết: “Điều quan trọng cần phải lưu ý hiện tại liên quan tới việc tìm ra các giải pháp ổn định quá trình liên kết cũng như giảm áp lực cần thiết. Việc mất nitơ sẽ làm cho chúng bị gián đoạn khả năng liên kết, vậy nên chúng ta phải nghĩ ra phương án đối phó càng sớm càng tốt”.
Nitơ có cấu trúc nguyên tử cứng có thể được sử dụng để tạo ra mạng lưới giống như cái lồng bên trong vật liệu mang lại sự ổn định cho hiện tượng siêu dẫn xảy ra ở áp suất thấp hơn.
Dias và nhóm của ông đã chế tạo một hỗn hợp khí gồm 99 phần trăm hydro và một phần trăm nitơ, đặt nó vào buồng phản ứng với một mẫu lutetium nguyên chất và để các thành phần này phản ứng trong hai đến ba ngày ở nhiệt độ 392 độ F.
Hỗn hợp thu được trải qua một số trạng thái và màu sắc trước khi đạt đến trạng thái kim loại không siêu dẫn màu đỏ tươi.
Dias cho biết: “Đó là một màu đỏ tươi. Tôi đã bị sốc khi nhìn thấy màu sắc ở cường độ này”. Tuy nhiên, kết quả cuối cùng không thể phủ nhận. Vật liệu mới siêu dẫn ở cả nhiệt độ và áp suất đủ thấp cho các ứng dụng thực tế.
Dias kết luận: “Con đường dẫn đến thiết bị điện tử tiêu dùng siêu dẫn, đường truyền năng lượng, giao thông vận tải và những cải tiến đáng kể về sự lưu giữ từ tính đối với các phản ứng tổng hợp giờ đã trở thành hiện thực. Chúng tôi tin rằng chúng ta đang ở kỷ nguyên siêu dẫn hiện đại”.
Đức Anh Nguyễn