Vật liệu siêu dẫn là một bước tiến lớn trong vật lý và công nghệ. Tuy nhiên, để hoạt động, chúng cần được duy trì ở nhiệt độ cực thấp. Vậy cụ thể, các vật liệu này cần điều kiện nhiệt độ như thế nào để trở nên siêu dẫn?
Vật liệu siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ nào?
Siêu dẫn là một hiện tượng vật lý cực kỳ thú vị, nơi vật liệu có thể dẫn điện mà không hề có bất kỳ điện trở nào, và đẩy từ trường ra ngoài hoàn toàn. Nghe có vẻ như khoa học viễn tưởng, nhưng nó là có thật! Tuy nhiên, để đạt được trạng thái kỳ diệu này, các vật liệu siêu dẫn phải hoạt động trong những điều kiện rất đặc biệt. Vậy, vật liệu siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ nào?
Câu trả lời thường là ở những nhiệt độ thấp đến khó tin, gần với độ không tuyệt đối. Nhưng những năm gần đây, các nhà khoa học đang nỗ lực tìm kiếm các vật liệu có thể duy trì trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, thậm chí là nhiệt độ phòng, mở ra một kỷ nguyên mới cho vật lý vật liệu và công nghệ.
>>> Xem thêm tại: Những vật liệu phổ biến trong chip máy tính
Điều kiện tiên quyết của hiện tượng siêu dẫn
Phần lớn các vật liệu siêu dẫn hiện nay chỉ thể hiện tính chất đặc biệt này khi được làm lạnh đến những nhiệt độ thấp đáng kinh ngạc.
Độ không tuyệt đối (0 Kelvin hay -273.15°C):
+ Đây là nhiệt độ thấp nhất có thể trong vũ trụ, nơi mọi chuyển động của các hạt gần như ngừng lại.
+ Ban đầu, hiện tượng siêu dẫn chỉ được quan sát ở những vật liệu được làm lạnh đến vài độ Kelvin. Ví dụ, thủy ngân trở thành siêu dẫn ở 4.2 K.
Siêu dẫn nhiệt độ cao:
+ Vào những năm 1980, các nhà khoa học đã phát hiện ra các vật liệu gốm sứ có thể trở thành siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn đáng kể, khoảng 77 K (-196°C). Đây là một bước đột phá lớn vì nhiệt độ này có thể đạt được bằng cách sử dụng nitơ lỏng, một chất làm lạnh rẻ tiền và dễ tiếp cận hơn nhiều so với heli lỏng.
+ Tuy nhiên, "nhiệt độ cao" ở đây vẫn là rất lạnh so với nhiệt độ phòng.
Việc duy trì nhiệt độ thấp đòi hỏi chi phí và công nghệ phức tạp, là một trong những rào cản lớn nhất đối với việc ứng dụng rộng rãi của siêu dẫn.
>>> Xem thêm tại: Gốm sứ hiện đại được ứng dụng như thế nào?
Tương lai của siêu dẫn nhiệt độ phòng
Việc tìm kiếm một vật liệu siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ phòng là "Chén Thánh" của vật lý vật liệu, hứa hẹn sẽ thay đổi thế giới.
Tại sao siêu dẫn nhiệt độ phòng lại quan trọng?
+ Truyền tải điện không tổn hao: Điện năng có thể được truyền đi xa mà không bị mất mát năng lượng do điện trở.
+ Tàu đệm từ (Maglev): Tàu có thể di chuyển trên không mà không tiếp xúc với đường ray, đạt tốc độ cực cao.
+ Thiết bị điện tử siêu nhanh: Chip máy tính, thiết bị y tế MRI, máy gia tốc hạt sẽ hoạt động hiệu quả hơn rất nhiều.
+ Lưu trữ năng lượng hiệu quả: Giúp lưu trữ điện năng mà không bị thất thoát.
Những vật liệu tiềm năng:
+ Các nhà khoa học đang tập trung vào các hợp chất hydride dưới áp suất cực cao, một số đã cho thấy dấu hiệu siêu dẫn ở nhiệt độ gần phòng, nhưng vẫn trong điều kiện áp suất không thực tế.
+ Mới đây, một số nghiên cứu (còn gây tranh cãi) đã công bố về các vật liệu như LK-99 có thể là siêu dẫn ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển. Tuy nhiên, cần thêm nhiều thử nghiệm độc lập để xác nhận.
Mặc dù các vật liệu siêu dẫn hiện nay vẫn đòi hỏi nhiệt độ rất thấp để hoạt động, nhưng với tiến bộ khoa học, các nhà nghiên cứu đang tiến gần hơn đến siêu dẫn ở nhiệt độ phòng – một bước ngoặt cho công nghệ tương lai.
