Tuần trước, một nhóm nghiên cứu từ Hàn Quốc đã công bố một bài báo về chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, bất ngờ khơi dậy sự quan tâm toàn cầu đến hiện tượng siêu dẫn nhiệt. Hôm nay, chúng ta hãy tận dụng sự chú ý này để tìm hiểu về lịch sử của chất siêu dẫn!
Mục lục
Tại sao chất siêu dẫn lại được mong đợi đến vậy?
Chất siêu dẫn là một hiện tượng vật lý tuyệt vời, trong những điều kiện nhất định, có thể thể hiện điện trở bằng không và khả năng đẩy hoàn toàn từ trường. Điều này có nghĩa là trong quá trình truyền tải điện, miễn là không có sự can thiệp của con người, dòng điện sẽ không bao giờ bị suy giảm, loại bỏ tất cả các tổn thất trên đường dây truyền tải và giảm đáng kể nhu cầu sản xuất điện.
Sự phát triển của lĩnh vực này gắn liền với nhiều nhà khoa học nổi tiếng, những khám phá thực nghiệm quan trọng và những đột phá lý thuyết. Chúng ta hãy cùng nhau khám phá hành trình lịch sử của chất siêu dẫn và hiểu được làm thế nào nó dần được hé lộ và ứng dụng từ một hiện tượng bí ẩn.
Lịch sử của chất siêu dẫn
Lịch sử của các chất siêu dẫn bắt nguồn từ cuối thế kỷ 19. Năm 1881, nhà vật lý người Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes đã làm lạnh thành công khí heli xuống gần độ không tuyệt đối (-273,15°C hay 0K). Ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối này, Onnes bất ngờ quan sát thấy điện trở của một số kim loại đột nhiên biến mất, đánh dấu khám phá đầu tiên về hiện tượng siêu dẫn. Onnes tiếp tục nghiên cứu và phát hiện ra rằng hiện tượng này không chỉ giới hạn ở kim loại mà còn bao gồm một số hợp chất và hợp kim.
Tuy nhiên, những bí ẩn của chất siêu dẫn vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn vào thời điểm đó. Mãi đến năm 1933, các nhà vật lý người Thụy Sĩ Walter Meissner và Robert Ochsenfeld mới hợp tác đề xuất hiệu ứng Disney-Ochsenfeld nổi tiếng, tiết lộ tác dụng đẩy của chất siêu dẫn lên từ trường—còn được gọi là “hiệu ứng Disney”. Phát hiện này không chỉ làm phong phú thêm hiểu biết của chúng ta về chất siêu dẫn mà còn đặt nền tảng cho các ứng dụng sau này của chúng.
Khi nghiên cứu về chất siêu dẫn ngày càng sâu rộng, các nhà khoa học bắt đầu nỗ lực giải thích bản chất của hiện tượng siêu dẫn. Năm 1957, John Bardeen, Leon Cooper và Robert Schrieffer đã đề xuất lý thuyết BCS nổi tiếng, giải thích cơ chế ghép cặp electron trong chất siêu dẫn. Lý thuyết BCS trở thành một khuôn khổ quan trọng để hiểu hành vi của chất siêu dẫn ở nhiệt độ thấp và đặt nền tảng lý thuyết cho nghiên cứu về chất siêu dẫn.
Tuy nhiên, các chất siêu dẫn ban đầu chỉ có thể thể hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ cực thấp, điều này đã hạn chế các ứng dụng thực tiễn của chúng. Mãi đến năm 1986, việc phát hiện ra tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao mới gây chấn động trong giới khoa học. Một nhóm nghiên cứu bao gồm nhà vật lý người Thụy Sĩ Georg Bednorz, nhà vật lý người Đức Alexander Müller và nhà vật lý người Mỹ J. Georg Bednorz đã phát hiện ra rằng các hợp chất oxit đồng có thể đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ tương đối cao. Bước đột phá này có nghĩa là các chất siêu dẫn có thể không còn bị giới hạn ở môi trường nhiệt độ cực thấp và có khả năng đóng vai trò trong nhiều ứng dụng thực tiễn hơn.
Kể từ đó, nghiên cứu về chất siêu dẫn nhiệt độ cao đã có những tiến bộ đáng kể. Các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều loại vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao và dần dần làm sáng tỏ một số bí ẩn về hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao. Những vật liệu này có thể đạt được trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ của nitơ lỏng, mở ra nhiều khả năng hơn cho việc ứng dụng công nghệ siêu dẫn, chẳng hạn như trong truyền tải điện, từ trường nâng và các linh kiện điện tử.
Các ứng dụng của chất siêu dẫn đang không ngừng mở rộng. Trong truyền tải điện năng, việc sử dụng dây dẫn siêu dẫn có thể giảm đáng kể tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải dòng điện và nâng cao hiệu suất năng lượng. Hơn nữa, nam châm siêu dẫn đóng vai trò quan trọng trong các kỹ thuật chẩn đoán y tế như chụp cộng hưởng từ (MRI), và cũng có tiềm năng ứng dụng trong nghiên cứu khoa học, máy gia tốc và điện toán lượng tử.
Tóm lại, sự phát triển của vật liệu siêu dẫn đã tiến triển từ sự hiểu biết mang tính hiện tượng học ban đầu đến ứng dụng thực tiễn sau này.
Lý do tại sao các chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng lại đầy hứa hẹn đến vậy
Như đã đề cập trước đó, lý do tại sao các chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng lại thu hút nhiều sự chú ý và kỳ vọng đến vậy là vì các chất siêu dẫn hiện có chỉ có thể được sản xuất và hoạt động ở nhiệt độ cực cao, điều này làm tăng độ khó trong việc sử dụng chúng trên thực tế. Nếu các chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng xuất hiện, chúng sẽ có tiềm năng thay đổi tiến bộ công nghệ hiện tại của chúng ta và mở ra một kỷ nguyên hoàn toàn mới về siêu dẫn.
