Siêu dẫn ở nhiệt độ phòng đã trở thành mong muốn của con người trong những năm gần đây, và các nhà khoa học trên toàn cầu đang nỗ lực để tạo ra các vật liệu siêu dẫn khả thi.
Nếu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng có thể thực hiện, thế giới sẽ trải qua những thay đổi gì?
Hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ phòng đề cập đến khả năng của vật liệu dẫn dòng điện mà không có điện trở ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường. Nếu điều này trở thành hiện thực, tất cả các hệ thống cơ khí sẽ được cải tiến một cách đột phá và tất cả các thiết bị điện tử sẽ có bước tiến lớn về chất lượng.
Ở mức độ vi mô, cuộc sống hàng ngày của chúng ta sẽ thay đổi toàn diện. Bạn có thể sạc điện thoại của mình ngay lập tức và không cần phải lo lắng về việc pin quá nóng hoặc nổ.
Vấn đề sạc pin cho các phương tiện như ô tô hoặc xe máy điện cũng có thể được giải quyết, không còn lo lắng về việc hết pin. Hiệu suất của máy tính sẽ không còn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, và bạn có thể tăng hiệu quả của nó theo ý muốn. Chúng ta không chỉ có thể chơi trò chơi trên điện thoại mà còn có thể trải nghiệm thực tế ảo trong cuộc sống hàng ngày.
Trước đây, tính siêu dẫn chỉ được quan sát thấy ở nhiệt độ lạnh giá hoặc áp suất cực lớn — những điều kiện khiến các vật liệu được thí nghiệm trở nên không thực tế đối với các ứng dụng mong muốn từ lâu như đường dây điện không tổn thất, tàu cao tốc và các thiết bị hình ảnh y tế giá cả phải chăng. Ảnh: Quantamagazine
Ở mức vĩ mô, việc thực hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng sẽ gây ra những thay đổi toàn cầu. Các xung đột hiện nay có thể dừng ngay lập tức vì sự xuất hiện của các nguồn năng lượng mới, vì vấn đề năng lượng thường là nguyên nhân của xung đột.
Nền kinh tế của nhiều quốc gia cũng sẽ hồi phục hoàn toàn nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ mới và thế giới sẽ bước vào một giai đoạn xây dựng mới. Chúng ta có thể chứng kiến việc kiểm soát phản ứng tổng hợp hạt nhân trong cuộc đời của mình và thế hệ sau có thể chứng kiến quá trình định cư trên Sao Hỏa.
Bên cạnh đó, việc thực hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng cũng sẽ mở ra khả năng về máy tính lượng tử, một lĩnh vực hiện đang ở mức độ lý thuyết. Tương tự như trong phim 'Trái đất lang thang', nếu có công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, máy tính lượng tử có thể vượt qua giới hạn của nhiệt độ, giảm chi phí và độ phức tạp của chúng.
Ngoài ra, công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng cũng có thể cải thiện hiệu suất và ổn định của máy tính lượng tử. Vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng có thể được sử dụng để tạo ra nam châm siêu dẫn, cáp siêu dẫn và chip điện toán hiệu năng cao.
Các chip này có thể tăng tốc độ truyền và xử lý dữ liệu, từ đó tăng tốc độ và dung lượng lưu trữ của máy tính lượng tử. Hơn nữa, vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng cũng có thể tạo ra các loại qubit mới, như chất cách điện topo. Vật liệu này có thể dẫn điện mà không có điện trở trên bề mặt hoặc cạnh, bảo vệ trạng thái của qubit khỏi sự can thiệp từ bên ngoài.
Ảnh: Quantamagazine
Hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ phòng có thực sự khả thi?
Những điều đã được nêu trên nghe có vẻ rất tuyệt vời, nhưng thực tế, tất cả chỉ là giả thuyết. Gần đây, các nhà khoa học ở Hàn Quốc thông báo rằng họ đã phát triển công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng và đã công bố hai bài báo trên các tạp chí quốc tế nổi tiếng, gây ra sự chấn động trong cộng đồng khoa học toàn cầu.
Phương pháp thí nghiệm của họ khá đơn giản, bằng cách sử dụng một hợp chất được gọi là hydro sunfua, nung nóng nó đến một nhiệt độ nhất định dưới áp suất cao, sau đó sử dụng một thiết bị gọi là đe kim cương để nén nó đến một mức độ nhất định, sau đó họ có thể quan sát hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.
Dữ liệu thực nghiệm của họ cho thấy vật liệu mới này có thể dẫn dòng điện mà không có điện trở ở 15 độ C và 267 atm. Con số này thấp hơn nhiều so với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây và thậm chí có thể nói rằng tính siêu dẫn đã đạt được ở nhiệt độ và áp suất phòng. Ngay khi hai bài báo này được công bố, chúng đã gây ra sự chấn động và sự nghi ngờ trong cộng đồng khoa học toàn cầu.
Cho đến nay, độ tin cậy của những phát hiện từ Hàn Quốc vẫn chưa được xác định rõ ràng. Ảnh: Zhihu
Theo nhiều người, đây là kết quả không thể được vì nó vi phạm các nguyên tắc cơ bản của thuyết siêu dẫn. Theo thuyết siêu dẫn, hiện tượng siêu dẫn là do sự tạo thành các cặp electron Cooper ở nhiệt độ thấp. Cặp electron Cooper là một giả hạt được hình thành do lực hút lẫn nhau của hai electron có spin đối diện thông qua một phonon. Không có điện trở giữa các cặp Cooper, do đó dòng điện có thể truyền đi mà không gặp trở ngại.
Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, các phonon bị kích thích, làm mất ổn định các cặp electron Cooper và khiến tính siêu dẫn biến mất. Do đó, để đạt được tính siêu dẫn, nhiệt độ phải được giảm xuống rất thấp để các phonon không bị kích thích. Nhiệt độ tối đa biết đến của chất siêu dẫn là -70 độ C, hoặc 203 Kelvin. Tuy nhiên, công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng mà các nhà khoa học Hàn Quốc vừa thông báo đã được thực hiện ở khoảng 300 Kelvin. Điều này rõ ràng không phù hợp với lý thuyết siêu dẫn.
Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang cố gắng tái tạo và xác minh những phát hiện từ các nhà khoa học Hàn Quốc. Ảnh: Science
Vậy thí nghiệm của các nhà khoa học Hàn Quốc đúng hay sai? Trên thực tế, việc công bố của các nhà khoa học Hàn Quốc vẫn chưa được công nhận và xác minh rộng rãi, gây ra nhiều nghi ngờ.
Đầu tiên, phương pháp thí nghiệm của họ quá đơn giản. Họ chỉ sử dụng một vật liệu phổ biến, nung nóng và làm lạnh dưới áp suất bình thường, sau đó tuyên bố đã đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Điều này khiến mọi người cảm thấy không hợp lý, vì nếu như thực sự dễ dàng như vậy, thì tại sao các nhà khoa học trước đó không phát hiện ra?
Thứ hai, dữ liệu thử nghiệm của họ quá mơ hồ. Các hình ảnh mà họ cung cấp không thể hiện rõ hiệu ứng siêu dẫn, có thể là hiện tượng từ trường. Tuy nhiên, hiện tượng từ trường không nhất thiết là tính siêu dẫn và có thể có các nguyên nhân khác gây ra. Ví dụ, một số vật liệu có từ tính vĩnh cửu khi được nung nóng hoặc làm lạnh. Tất cả những điều này có thể gây ra hiện tượng từ trường, nhưng không đại diện cho tính siêu dẫn.
Vào ngày 22 tháng 7, các nhà nghiên cứu ở Hàn Quốc đã công bố bài báo về sự tổng hợp của thứ có thể là chất siêu dẫn nhiệt độ môi trường đầu tiên trên thế giới. Ảnh: Time
Một lần nữa, kết quả thí nghiệm của họ dường như quá kỳ lạ. Họ tuyên bố rằng một khi đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, nó sẽ mất tính siêu dẫn khi bị nung nóng trên 150 độ C. Điều này hoàn toàn ngược lại với lý thuyết siêu dẫn đã biết trước đây.
Nói chung, vật liệu siêu dẫn chỉ có thể đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ thấp và mất tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao. Nếu có một vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, nó sẽ duy trì tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, không phải ngược lại.
Do đó, công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng của Hàn Quốc cần được xác minh và thực nghiệm nhiều hơn trước khi được cộng đồng khoa học và công chúng công nhận.