MỸ – Theo một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy hiện tượng siêu dẫn có thể được kiểm soát bằng cách tác động vào môi trường xung quanh. Kết quả này sẽ giúp chế tạo các thiết bị điện tử hiệu năng cao trong tương lai.
Siêu dẫn là khả năng dẫn dòng điện mà không làm hao phí năng lượng khi vật liệu được làm lạnh dưới một mức nhiệt độ cụ thể. Đây vẫn là một đặc tính vật lý chưa được khám phá một cách rõ ràng. Dù đây là một vấn đề quan trọng, việc hiểu cơ chế hình thành tính chất siêu dẫn có thể giúp tối ưu hóa độ bền của vật liệu, đồng thời tạo tiền đề cho các thiết bị lượng tử mạnh mẽ hơn.
Dưới sự dẫn dắt của Giáo sư vật lý Chun Ning (Jeanie) Lau từ đại học Ohio State (Ohio State university) (tác giả chính của nghiên cứu), nhóm đã chế tạo một loại vật liệu đặc biệt mang tên “graphene hai lớp xoắn” (twisted bilayer graphene). Bản chất của nó là hai lớp carbon xếp chồng lên nhau và được xoay lệch một góc nhỏ.
Bằng cách gắn vật liệu này lên một chất nền kim cương nhân tạo có tên là stronti titanat (SrTiO3), Giáo sư Lau và các đồng nghiệp đã quan sát và kiểm soát được mức độ tương tác mạnh mẽ giữa các electron trong hệ thống. Các tương tác electron, vốn quyết định các đặc tính như trạng thái từ tính và liên kết hóa học, thường đi theo cặp. Bằng cách điều chỉnh cấu hình của các cặp electron này, nhóm nghiên cứu đã có thể bật hoặc tắt trạng thái siêu dẫn của vật liệu.
Giáo sư Lau chia sẻ: “Thông thường, các electron sẽ đẩy nhau, nhưng trong chất siêu dẫn, chúng lại liên kết thành cặp. Chính sự hình thành các cặp electron này là chìa khóa giúp chất siêu dẫn truyền dẫn điện năng mà không bị tiêu hao. Bằng chứng của nhóm nghiên cứu cho thấy bản thân các electron, tùy thuộc vào độ nhạy cảm của chúng với môi trường xung quanh, đóng vai trò quan trọng trong quá trình biến đổi vật liệu.”
Các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi nhận thấy rằng khi họ tăng mức độ điều chỉnh, tính siêu dẫn lại giảm đi. Kết quả này hoàn toàn khác biệt so với các chất siêu dẫn truyền thống, vì nếu lực đẩy giữa các electron bị triệt tiêu, lực liên kết cặp sẽ mạnh lên. Điều này làm nổi bật bản chất độc đáo của các vật liệu mới như graphene hai lớp xoắn trong việc điều hướng dòng điện thành công.
Giáo sư Lau nói rằng: “Nếu có thể truyền tải điện năng mà không bị hao phí năng lượng, đó sẽ là một bước tiến cực kỳ quan trọng cho các công nghệ phục vụ đời sống hàng ngày. Bất chấp những câu hỏi vẫn đang chờ lời giải, nghiên cứu này về cơ bản đã mở ra một phương pháp hướng tới một cơ chế vật lý hoàn toàn mới.”
Khám phá này có thể giúp các nhà khoa học phát triển các loại vật liệu đạt trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, thậm chí là nhiệt độ phòng. Đây vốn được xem là điều kỳ diệu trong lĩnh vực này, nếu đạt được, nó sẽ tái định hình toàn bộ hiểu biết hiện tại của thế giới về điện tử học, truyền tải điện và truyền thông.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature Physics.
Nhìn chung, các kết quả trên đã mở ra một phương pháp đơn giản hơn để kiểm soát các điều kiện cần thiết nhằm kiến tạo và làm chủ nguồn năng lượng cấp nguyên tử đằng sau hiện tượng siêu dẫn. Chẳng hạn, vì nhiều chất siêu dẫn nhiệt độ cao hiện nay vẫn có những giới hạn gây cản trở hiệu suất của chúng, việc tận dụng môi trường xung quanh để thúc đẩy các đặc tính này có thể vừa gia tăng hiệu suất hoạt động, vừa cho phép các nhà khoa học chế tạo các thiết bị điện tử hiệu quả hơn.
Theo ông Xueshi Gao, tác giả chính của nghiên cứu và hiện là nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành vật lý tại đại học Ohio State, những ứng dụng tiềm năng này không còn thiếu thực tế. Anh tin rằng các phát hiện của nhóm sẽ sớm mang lại giá trị ứng dụng cho nhiều hệ thống và thí nghiệm khác nhau trong toàn lĩnh vực.
Ông Gao chia sẻ: “Cơ chế siêu dẫn trong vật liệu graphene hai lớp xoắn mà nhóm nghiên cứu sử dụng vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn. Tuy nhiên, kết quả của nhóm có thể làm sáng tỏ và giúp mọi người hiểu rõ hơn về khái niệm này khi áp dụng nó vào các nghiên cứu trong tương lai.”
Dù vậy, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng mô hình này mới chỉ là bước đi đầu tiên trong việc thấu hiểu các tương tác electron chưa từng được khám phá. Các bước tiếp theo sẽ bao gồm việc thử nghiệm các dạng tương tác khác, đồng thời đi sâu tìm hiểu các câu hỏi vật lý phức tạp và đa dạng mà nghiên cứu này vừa mở ra.
Để xem các tin bài khác về “Siêu dẫn”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
