Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp là trạng thái không thuận nghịch. Lịch sử [ sửa | sửa mã nguồn] Đối với kim loại nói chung, ở nhiệt độ rất cao thì điện dẫn xuất λ tỉ lệ với nhiệt độ T. Ở nhiệt độ thấp, λ tăng nhanh khi T giảm. II. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO. Công nghệ nano cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở tầm phân tử, làm tăng và tạo ra tính chất đặc biệt của vật liệu, giảm kích thước của các thiết bị, hệ thống đến kích thước cực nhỏ. Công nghệ nano giúp thay thế những hóa chất + Bông khoáng là vật liệu cách âm rất hiệu quả nên được ứng dụn rất rộng rãi trong thực tế. + Khả năng chống cháy cao, dẫn nhiệt thấp, chịu được nhiệt độ lên đến 850ºC. + Chống ẩm mốc, vi khuẩn, chống ăn mòn cao. + Trọng lượng tương đối nhẹ, dễ thi công, sử dụng hiệu quả nhờ khả năng làm mát và giữ ấm. 3. Bông gốm Độ bền Polyurethane Foam trong điều kiện sử dụng: Được dùng trong các điều kiện khắc nghiệt về nhiệt độ (từ - 50ºC đến 150ºC). Có sức mạnh về độ bền, tính đàn hồi và sự dẻo dai. Là vật liệu hữu cơ không chứa giá trị dinh dưỡng do đó nó không thu hút nấm, mối, loại gặm nhấm hoặc côn trùng. Siêu văn bản có thể chỉ là một từ, tập hợp các từ, một câu, một đoạn hoàn chỉnh, hình ảnh, ảnh hoặc được bao gồm trong một video. Siêu văn bản cho phép người tạo nội dung cung cấp. + Siêu văn bản được tạo khi tác giả thêm các loại ký tự văn bản cụ thể vào u9CG7mC. Mới đây, Hideo Hosono cùng các cộng sự ở Viện Công nghệ Tokyo Nhật lần đầu tiên khám phá ra một vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có nhiệt độ chuyển pha 26 K được dựa trên các hợp chất của sắt-Fe. Các nhà nghiên cứu hi vọng có thể tăng được nhiệt độ chuyển pha cao trên 26 K bằng cách thay đổi các quá trình xử lý vật liệu. Vật liệu siêu dẫn mới này cũng là một bằng chứng để chứng tỏ rằng tính siêu dẫn không bị hạn chế bởi các ôxit đồng và một vài hợp chất khác dựa trên Uranium, Cerium, Plutonium. Mặc dù tính siêu dẫn có thể bị phá hủy bởi từ trường cao, nhưng khám phá đã chỉ ra rằng thậm chí nó có thể tồn tại trong các vật liệu có từ tính. Loại vật liệu siêu dẫn mới này có thể cực kỳ quan trọng cho công nghệ nhưng vẫn cần nhiều nghiên cứu thêm. Vạn lý Độc hành Theo Sau hàng thập kỷ, tuần qua các nhà nghiên cứu đã tạo ra chất siêu dẫn đầu tiên hoạt động ở nhiệt độ phòng - không cần phải làm mát để làm biến mất điện trở. Tuy nhiên, chất siêu dẫn nhiệt độ phòng mới chỉ hoạt động ở áp suất tương đương với khoảng 3/4 áp suất ở tâm Trái đất. Nhưng nếu các nhà nghiên cứu có thể ổn định vật liệu ở áp suất thông thường, các ứng dụng mơ ước của vật liệu siêu dẫn có thể nằm trong tầm tay, chẳng hạn như đường dây điện tổn thất thấp và nam châm siêu dẫn không cần làm lạnh cho máy MRI và tàu đệm từ."Đây là một bước ngoặt," Chris Pickard, nhà vật lý tại Đại học Cambridge, nói. Nhưng điều kiện áp suất của thí nghiệm quá khắc nghiệt, cho nên phát hiện này, dù "rất ngoạn mục", vẫn chưa hữu ích trong việc chế tạo một thiết bị ứng dụng, theo Brian Maple, nhà vật lý tại Đại học California, San tìm vật liệu siêu dẫnHiện tượng siêu dẫn được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1911 bởi nhà vật lý Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes trong một dây thủy ngân được làm lạnh đến 4,2 độ K Mỗi độ K trong nhiệt giai Kelvin, 1 độ K, bằng một độ trong nhiệt giai Celsius, 1 độ C, và 0 độ C ứng với 273,15 độ K. Năm 1957, các nhà vật lý John Bardeen, Leon Cooper và Robert Schrieffer đã giải thích hiện tượng này một electron chạy qua một chất siêu dẫn tạm thời làm biến dạng cấu trúc của vật liệu, kéo một electron khác ở phía sau mà không có lực 1986, các nhà vật lý nhận thấy rằng với vật liệu khác, gốm oxit đồng, tính siêu dẫn có thể đạt được ở "nhiệt độ tới hạn" Tc cao hơn, 30 độ K. Các nhà nghiên cứu nhanh chóng nấu ra các công thức gốm có liên quan, và đến năm 1994, họ đã đẩy Tc lên đến 164 độ K với một công thức oxit đồng thủy ngân dưới áp 1968, Neil Ashcroft, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Cornell, đã đề xuất một loại vật liệu khác có thể thể hiện tính siêu dẫn trong nhiệt độ phòng hydro dưới áp suất mạnh. Nhiều nhóm đã tuyên bố tạo ra hydro kim loại như vậy, bằng cách sử dụng các tế bào đe kim cương - các thiết bị cỡ lòng bàn tay, trong đó một chất mục tiêu bị nghiền nát với áp suất cực lớn giữa hai đầu của hai viên kim cương. Nhưng kết quả vẫn còn gây tranh cãi, một phần là do áp suất này - vượt quá áp suất ở tâm Trái đất - quá cao nên chúng thường làm nứt kim cương. Đến năm 2004, Ashcroft đề xuất liên kết hydro với một nguyên tố khác để tạo ra tình trạng "nén sơ bộ hóa học", có thể tạo ra khả năng siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn và áp suất thấp làm này có hiệu quả. Vào năm 2015, các nhà nghiên cứu do Mikhail Eremets tại Viện Hóa học Max Planck dẫn đầu đã báo cáo trên tạp chí Nature rằng họ đã phát hiện hiện tượng siêu dẫn ở 203 độ K trong H3S một hợp chất của hydro và lưu huỳnh được nén ở 155 gigapascal GPa, gấp hơn 1 triệu lần áp suất khí quyển của Trái đất. Trong 3 năm tiếp theo, Eremets và những người khác đã tăng Tc lên đến 250 độ K trong các hợp chất giàu hydro có chứa lanthanum. Nhưng khi giải phóng áp suất, tất cả các hợp chất đó sẽ tan minh họa. Nguồn ADAM FENSTERVật liệu mớiDias và các đồng nghiệp của ông nghĩ rằng họ có thể đẩy Tc lên cao hơn nữa bằng cách thêm một nguyên tố thứ ba carbon - nguyên tố tạo liên kết bền chặt với các nguyên tử lân nạp các hạt rắn nhỏ carbon và lưu huỳnh được trộn với nhau vào tế bào đe kim cương, sau đó đưa thêm vào ba loại khí hydro, hydro sulfide và methane. Sau đó, họ chiếu tia laser màu xanh lục xuyên qua viên kim cương, kích hoạt phản ứng hóa học biến hỗn hợp thành các tinh thể trong đó, khi họ tăng áp suất lên 148 GPa và kiểm tra độ dẫn điện của mẫu qua dây dẫn điện, họ phát hiện ra rằng các tinh thể trở nên siêu dẫn ở 147 độ K. Bằng cách tăng áp suất lên 267 GPa, nhóm nghiên cứu đã đạt được Tc là 287 độ K, nhiệt độ chỉ bằng một căn phòng lạnh hoặc một hầm rượu. Các phép đo từ trường cũng cho thấy mẫu đã trở nên siêu dẫn, Dias và các đồng nghiệp của ông báo cáo tuần này trên tạp chí Nature."Các kết quả có vẻ đáng tin cậy," Erements nói. Tuy nhiên, ông lưu ý rằng nhóm Rochester vẫn chưa thể xác định cấu trúc chính xác của hợp chất siêu dẫn. Các nhà nghiên cứu sẽ sớm bắt tay vào giải quyết câu hỏi đó và họ cũng có thể sẽ bắt đầu thay thế các nguyên tố khác trong hỗn hợp ba thành phần với hy vọng tạo ra các chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn đích cuối cùng, Eremets cho biết thêm, là tìm ra một chất siêu dẫn nhiệt độ phòng ổn định kể cả khi giải phóng áp suất. Nếu các nhà nghiên cứu làm được điều này, kết quả có thể biến đổi cuộc sống hàng ngày. Dias nói "Tôi nghĩ điều này thực sự có thể." Nhưng lý thuyết hiện nay vẫn chưa gợi ý cách nào để có thể làm cho các vật liệu dựa trên hydro hoạt động ở áp suất môi trường. "Chúng ta vẫn chưa có một con đường rõ ràng về phía trước," Zurek cho biết thứcỞ đây R là điện trở của xuyến. Chúng ta có thể đo từ trường tạo ra dòng điện baoquanh xuyến. Phép đo từ trường không lấy năng lượng từ mạch điện mà vẫn cho takhả năng quan sát dòng điện luân chuyển không thay đổi theo thời gian và có thể xácđịnh được điện trở của kim loại siêu dẫn cỡ 90K. Ngay sau8 đó cấu trúc pha siêu dẫn của Y-123 được xác định tại phòng thí nghiệm GeophysicalLaboratory đó là cấu trúc lớp với sự sắp xếp trật tự một cách tuần hoàn Y-BaO-CuOCuOlCu2-BaO với hai lớp CuO2 được ngăn bằng một chuỗi tuyến tínhô mạng. Tiếptheo là hàng loạt các hợp chất mới được nghiên cứu khi thay thế Y = La, Nb, Sm, Eu,Gd, Ho, Xe và Lu các nguyên tố thuộc dãy đât hiếm, sự thay thế này không cho thấysự thay đổi thời điểm này, một số nhà nghiên cứu khác trên thế giới cũng độc lập tìm rasiêu dẫn R-123 có TC > 90K nhóm Muller – Thụy Sĩ, nhóm Tanaka – Nhật, nhómPaul Chu – Mỹ - và Zhong-Xian-Zhao-Bắc Kinh. Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Cu và năm 1988 đến nay, hàng loạt các oxit siêu dẫn chứa Cu được phát LaR-214 và YR-123 còn có các họ hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao điển hìnhsau đâyBiSr2Can-1CunO2n+4 gọi tắt là Bi-22n-1n với n=1,2,3,…Tl2Ba2Can-1CunO2n+4 gọi tắt là Tl-22n-1n với n=1,2,3,…HgBa2Can-1CunO2n+4 gọi tắt là Hg-12n-1n với n=1,2,3,…CuBa2Can-1CunO2n+4 gọi tắt là Cu-12n-1n với n=1,2,3,…A1-xBaxCuO2 A là loại đất hiếm, B là kim loại kiềm hoặc valency.Các vật siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha đã vượt quá 120K và cấu trúc của chúngcũng đặc biệt hơn.♦ Hệ Bi-22n-1n Vật liệu này do Maeda và đồng nghiệp phát hiện vào tháng 1năm 1988.- Điển hình là Bi-Sr-Ca-Cu-O gọi tắt là BSCCO system.TC ≥ 105K .- Đây là loại vật liệu đa pha màCấu trúc tinh thể gồm ba pha ứng vớin = 1, 2, 3 được xác định là cấu trúc lớp theo trật tự sắp đặt BiO 2-SrO-CuO2-CaCuO2-…-Ca-CuO2-SrO, với n là lớp CuO2 được ngăn bằng n-1 lớp Ca. Ứng vớilớp n = 1,2 và 3 thì TC có các giá trị cỡ 22K, 80K và 110K, có sự tăng nhiệt độ chuyểnpha theo thứ tự tăng số lớp n.♦ Hệ Tl-22n-1n Do Shung và Herman công bố vào năm 1987.Khi thay thế nguyên tố phi kim, từ hóa trị 3 Tl cho R-123TlBa 2Cu3Ox nhậnthấy nhiệt độ chuyển pha của hợp chất tăng lên xấp xỉ 90K. Tháng 2 năm 1988, Shungvà Herman đã thay một phần Ca và Ba và được hợp chất Tl-Ba-Ca-Cu-O hayTBCCO, hợp chất này có cấu trúc giống như siêu dẫn BI-2223 với hau lớp képTlO2 và có TC = 90K, 110K và có 125K khi n = 1,2,3.♦ Hệ Hg-12n-1nNăm 1991, người ta thay thế Hg cho Cu. Sau đó, Putilin và đồng nghiệp tạo ra9 HgBa2CuO4 +δhợp chấtn=1 với TC = 94K. Schiling và đồng nghiệp thay n = 2,3 trongHg-12n-1n đã làm tăng T C = 133K – 134K ở áp suất cao 16Gpa và 164K ở trúc được sắp đặt HgO-BaO-CuO2-Ca-CuO2-…-Ca-CuO2-BO. Với n lớpCuO2 được ngăn cách bằng n-1 lớp Ca, cấu trúc này giống với cấu trúcTlBa2Can −1Cun O2 n+δ♦ −1O2 n +2 +δAm X 2Can −1CunO2 n +m +2 +δCông thức chungvới m = 1 hoặc 2, X = Ba hoặc Sr, n =1,2,3 tăng theo sự thay đổi của A trong bảng hệ thống tuần nhó VB Bi, nhóm IIIBTl đến nhóm IIB Hg trong bảng hệt thống tuầnhoàn, có khả năng làm tăng TC bằng cách thay đổi A liên tiếp đến nhóm IB như Auhoặc Ag và TC đạt được 124K trong hệ Một số đặc tính chung của vật liệu siêu dẫn nhiệt độ Các phép đo thông thường để nghiên cứu một số tính chất của siêu dẫnnhiệt độ thường để nghiên cứu một số tính chất của siêu dẫn nhiệt độ cao người tathường dùng các phép đo sau+ Nghiên cứu về tính chất nhiệt Đo độ dẫn nhiệt, nhiệt dung, suất điện động nhiệtđiện.+ Nghiên cứu về tính chất điện Đo điện trở, mật độ dòng tới hạn…+ Nghiên cứu tính chất nhiệt động Đo từ trường tới hạn nhiệt động H C T, sự tăng giảm entropy…+ Nghiên cứu các chất từ Đo hệ số tự hóa, đường cong từ trễ, từ trường tới hạn dướiHC1, từ trường tới hạn trên HC2, dị hướng từ…Các phép đo trên đây đều phục vụ cho một mục đích chung là+ Nghiên cứu tính chất chuyển của vật liệu. Ngoài ra, một số phép đo quan trọng kháccũng được thực hiện như các phép đo hiệu ứng Hall, chuyển pha từ, chuyển pha cấutrúc…+ Phân tích mẫu và ghiên cứu cấu trúc Phân tích nhiệt, nhiễu xạ tia X, Nhiễu xạneutron, kính hiển vi điện tử quét,… và đo hấp thụ sóng quang học của vật liệu siêudẫn.+Các hiệu ứng Hiệu ứng xuyên ngâm, hiệu ứng Ramann, hiệu ứng Meissner, hiệuứng Isotop, hiệu ứng Joshepson… cũng được kết hợp nghiên cứu không chỉ bằng thựcnghiệm mà trong lĩnh vực lý thuyết cũng phát triển rất Đặc tính cơ bản chung của siêu dẫn nhiệt độ cao ở trạng thái thường, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có cấu trúc tinh thể là cấu trúc lớp10 loại Perovskite và không đẳng hướng. Các vật liệu này có cấu hình hai chiều là cácmặt CuO2 và các chuỗi Cu-O. Ở trạng thái thường, hầu hết các hợp chất gốm siêu dẫnkhi T > ρe. Dòng nhiệt truyền chủ yếu là do mạng còn trong kim loạidòng nhiệt truyền chủ yếu là do các điện tử >> ρ proton, Đặc tính cơ bản chung của siêu dẫn nhiệt độ cao ở trạng thái siêu kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng các chất siêu dẫn nhiệt độ caocũng có tất cả các đặc tính cơ bản như các chất siêu dẫn nhiệt độ trở giảm đột ngột về không khi T < T C. Trong các chất siêu dẫn luôn tồn tạihiệu ứng Meissner nhưng không hoàn toàn. Vì vậy, nó tồn tại đồng thời ba trường tớihạn HC, HC1, HC2. Ứng với mỗi vật liệu có một giá trị mật độ dòng tới hạn J C. Khichuyển từ trạng thái thường sang trạng thái siêu dẫn, nhiệt dung có bước nhảy. Bướcnhảy này thường được trình bày theo lý thuyết tế, chuyển pha siêu dẫn rất ít khi đi kèm với chuyển pha cấu trúc trong tinhthể, mà chuyển pha cấu trúc trong các hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao thường xảy rađộc công trình sử dụng lý thuyết BCS cho việc nghiên cứu siêu dẫn nhiệt độ caođều sử dụng tính chất khe năng lượng. Nghĩa là trong trạng thái siêu dẫn, cơ chế tươngtác chính vẫn là tương tác gián tiếp của cặp Cooper- tương tác hút điện tử với điện tửthông qua ứng đồng vị là một câu hỏi lớn trong siêu dẫn nhiệt độ cao mà chưa có lờiα12giải đáp thỏa đáng, bởi vì hệ số nằm trong khoảng rất rộng chứ không bằng nhưtrong các chất siêu dẫn nhiệt độ các tính chất cơ bản trên, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao còn một vài đặctrưng riêng- Tính dị h ướng của vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao lớn, điện trở R đo theo trục ccó tính dị hướng mạnh còn theo mặt ab điện trở có dạng giống kim Có tính phản sắt từ. Bằng nhiễu xạ Neutron, người ta tìm được trật tự phản sắttừ xuất hiện ở nhiệt độ Néel với TN = 500K, với chất siêu dẫn chứa RE thì TN = 2K.ξ ξ = 10−7 Độ dài kết hợprất ngắn. Ở siêu dẫn nhiệt độ cao cỡĐiều nàylàm tăng ảnh hưởng các thăng giáng trong vùng lân cận của T C một cách đáng kể. Mặtξkhác, do ngắn nên hầu hết các chất siêu dẫn nhiệt độ cao thuộc loại siêu dẫn loại lại, tìm ra siêu dẫn nhiệt độ cao, điển hình là các hợp chất chứa Cu là mộtbước tiến quan trọng trong quá trình nghiên cứu vật liệu siêu dẫn. Với những tính chấtđặc biệt, nó mở ra một chân trời mới cho sự phát triển của công nghệ và đời CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT SIÊUDẪN NHIỆT ĐỘ CAO CHỨA ĐỒNG VÀ OXY ĐIỂN Hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao 30- Cấu trúc cơ bản của siêu dẫn nhiệt độ cao tiêu biểu trong hợp chất này là hệ La-Ba-Cu-O có hợpthức là La2-xBaxCuO4 hoặc La2-xSr2CuO4 gọi tắt siêu dẫn 214. Theo hợp thức này cứhai nguyên tử kim loại kết hợp với 1 nguyên tử Cu và 4 nguyên tử O. Hợp phức nàyđược Bednorz và Muller phát minh ra lần đầu tiên vào năm 1986, có nhiệt độ chuyểnpha TC nằm trong vùng 30-40K tùy theo nồng độ x. Cấu trúc tinh thể ban đầu của hệthống này thuộc Perovskite lập phương dạng Cấu trúc tinh thể Perovskite loại ABO3Ở trạng thái thường, hợp chất này là chất điện môi. Khi pha tạp, nguyên tử nằmở trung tâm B+ dịch chuyển làm cho cấu trúc lập phương ABO3 biến dạng méo vàcó thể trở thành các loại cấu trúc như tứ diện Tetragonal, trực giao Orthorhombic,trực thoi Rhombohedra và đơn tà Mocolinic. Các nguyên tử Cu trong hệ được sắpxếp cùng với các nguyên tử oxy trong cấu trúc tinh thể theo hình bát Cấu trúc tinh thể của hợp chất siêu loại La-Sr-Cu-O13 Cấu trúc điện tử La2CuO4Thông thường, vật liệu siêu dẫn La214 là hợp chất gốm cách điện. Khi thayLa3+ bằng Sr2+ thì trong hệ La2-xSr2CuO4 tạo nên các lỗ trống trong các mặt phẳngCuO2, gây ra sự giảm điện trở đột ngột và trở thành siêu dẫn. Như vậy, sự thay đổinồng độ lỗ trống trong mặt CuO2 là bản chất của siêu dẫn trong vật liệu nguyên tố khácHình Cấu trúc tinh thể hợp chất Tính chất từ- Độ từ hóa phụ thuộc từ trường của chất siêu dẫn 214- Sự phụ thuộc của độ từ hóa M vào nhiệt Hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao 80- Cấu trúc cơ bản của siêu dẫn YBa2Cu3O7-ySau khi phát minh và khẳng định, siêu dẫn trong hệ hợp chất YBa-Cu-O có nhiệtđộ chuyển pha TC ≈ 90K với hợp thức cation là 1Y 2Ba 3Cu và hợp thức danh định làYBa2-Cu-O siêu dẫn 123. Cấu trúc ô cơ bản của vật liệu siêu dẫn 123 tương tự vớicấu trúc Perovskite cơ bản ABO3 hình và ô cơ bản của YBa2-Cu-O hình cấu trúc Perovskite cơ bản ABO3 có hai vị trí ion dương. Vị trí A nằm ởtâm của khung được tạo bởi khối bát diện bằng các ion âm oxy và làm phù hợp vớicác ion dương có kích thước lơn hơn trong cấu trúc. Vị trí B phù hợp cho các iondương có kích thước nhỏ hơn, nằm tại tâm của khối bát diện. Trong hợp chất siêu dẫn123 các ion Y và Ba có kích thước lớn hơn sẽ chiếm các vị trí A, còn Ca nhỏ hơn sẽchiếm các vị trí Siêu dẫn là sự biến mất hoàn toàn của điện trở của vật liệu khi được làm lạnh dưới nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn TC. Hiện tượng siêu dẫn dựa trên việc tạo ra các cặp điện tử tương hỗ với nhau, thông qua tạo thành các cặp gọi là gặp Cooper để chuyển dời trong vật liệu mà không bị cản trở không có điện trở. Hiện tượng này được miêu tả trong lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer BCS về hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ thấp, ở đó các cặp Cooper được nhờ việc liên kết các điện tử với nhau thông qua trao đổi các phonon hạt trường của dao động mạng tinh thể. Tuy nhiên, lý thuyết BCS không thể lý giải được các tính chất của các chất siêu dẫn nhiệt độ cao, được khám phá từ năm 1986 giá trị nhiệt độ chuyển pha cao nhất hiện nay đạt tới 138 K, và các hợp chất này hầu hết đều là các hợp chất của đồng cuprates chứa các mặt phẳng song song của ôxit đồng mà ở đó các nguyên tử đồng nằm trên một mạng hình vuông và điện tích được mang bởi các lỗ trống ở vị trí của Ôxi. Mỗi nguyên tử đồng sẽ có một điện tử không kết cặp và do đó các nhà nghiên cứu tin rằng mômen từ hay spin liên kết với nhau sẽ tạo ra tính chất siêu dẫn trong các vật liệu này. Hình 1. Cấu trúc tinh thể và phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu J. Am. Chem. Soc. 130 3296. Mới đây, Hideo Hosono cùng các cộng sự ở Viện Công nghệ Tokyo Nhật Bản lần đầu tiên khám phá ra một vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có nhiệt độ chuyển pha 26 K được dựa trên các hợp chất của sắt -Fe có thể xem các kết quả này trên J. Am. Chem. Soc. 130 3296. Đây là hợp chất LaOFeAs chứa các lớp của Lanthanum La Ôxi O bị kẹp giữa bởi các lớp của Sắt Fe và Arsenic As – và bị pha tạp thêm các ion Fluoride. Các nhà nghiên cứu hi vọng có thể tăng được nhiệt độ chuyển pha cao trên 26 K bằng cách thay đổi các quá trình xử lý vật liệu ví dụ như đặt áp suất…. Các nghiên cứu sơ bộ ban đầu về vật liệu này đã giả thiết tính chất siêu dẫn xảy ra trong vật liệu không thuộc loại trung gian phonon phonon-mediated như được kỳ vọng từ lý thuyết cổ điển BCS, nhưng có thể không giống như được dự đoán trong các hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao kiểu “cuprates”. “Ai đó có thể cho là tính siêu dẫn trong các vật liệu kiểu này là trung gian phonon trong các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp,” – Kristjan Haule, một nhà vật lý lý thuyết ở Đại học Rutgers Mỹ đang làm việc trong một nhóm cũng đang nghiên cứu về loại vật liệu này. “Tuy nhiên, chúng tôi đã tiến hành các tính toán bằng lý thuyết phiếm hàm và giả thiết rằng TC hầu như phải xung quanh 1 K nếu như các phonon có chức năng đó”. Nhóm của Haule đã tính toán được rằng các hợp chất không pha tạp LaOFeAs có tính kim loại rất tồi ở nhiệt độ thấp và hầu như là một chất cách điện. Haule nói trên “Đây là một bằng chứng mạnh mẽ để nói rằng tính siêu dẫn không phải được trung gian bởi các phonon, tính chất đòi hỏi phải ở trạng thái kim loại rất tốt với các hạt tải kết hợp”. Hình 2. Sự thay đổi của điện trở suất và độ cảm từ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu. Tính chất chuyển pha xảy ra ở 26 K J. Am. Chem. Soc. 130 3296. Thật vậy, tính kim loại kém này giống như các chất siêu dẫn nhiệt độ cao bị pha tạp nhẹ - Haule giải thích thêm. Theo nhóm của Haule, điều này có nghĩa rằng các lý thuyết liên kết yếu – ví dụ lý thuyết thăng giáng spin – từng được giả thuyết trong quá khứ để mô tả các hợp chất cuprates sẽ không còn hữu ích để giải thích tính siêu dẫn trong các hợp chất LaOFeAs. Và các kết quả nghiên cứu thực nghiệm sơ bộ từ nhóm của Hosono rất phù hợp với những phát hiện này. Vật liệu siêu dẫn mới này cũng là một bằng chứng để chứng tỏ rằng tính siêu dẫn không bị hạn chế bởi các ôxit đồng và một vài hợp chất khác dựa trên Uranium U, Cerium Ce, Plutonium Pu. Mặc dù tính siêu dẫn có thể bị phá hủy bởi từ trường cao, nhưng khám phá đã chỉ ra rằng thậm chí nó có thể tồn tại trong các vật liệu có từ tính mạnh ví dụ như Sắt khi được bao quanh bởi các nguyên tử thích hợp, mà trong trường hợp này là As. Hơn nữa, hiệu ứng này có liên quan đến tính chất quỹ đạo của điện tử, mà thường bị bỏ quên trong các hợp chất cuprates, cũng có thể đóng vai trò quan trọng. Haule tin rằng loại vật liệu siêu dẫn mới này có thể cực kỳ quan trọng cho công nghệ nhưng vẫn rất cần nhiều nghiên cứu thêm trước khi nói gì một cách chắc chắn. Vạn lý Độc hành Theo & American Chemical Society, Vật lý Viêt Nam Thời sơ khai này, người ra mới biết một đặc tính của chất siêu dẫn, đó là nếu tuyển một dòng điện vào một mạch làm bằng chất liệu siêu dẫn thì dòng điện sẽ chạy trong đó mãi mà không suy giảm, vì nó không gặp một trở kháng nào trên đường đi, nghĩa là năng lượng điện không bị tiêu hao trong quá trình chuyển tải điện từ nơi này sang nơi khác. Đây được coi như một dạng chuyển động vĩnh cửu trong điện năng. Đặc tính trên, được gọi là Đặc tính riêng thứ nhất của chất siêu dẫn. Tính dẫn điện nghĩa là các điện tử tách ra khỏi nguyên tử của chúng và di chuyển trong cấu trúc tinh thể chất dẫn điện đồng, nhôm, sắt khi điện tử va chạm phải nguyên tử trên đường đi trong chất dẫn điện thì sinh ra điện trở làm tổn thất điện năng. Sự tổn thất ấy lên tới 15% và 20%. Như vậy, nếu ứng dụng chất siêu dẫn vào chuyển tải điện năng từ nhà máy điện đến người tiêu dùng, sẽ tiết kiệm được rất nhiều cho xã hội. Nhưng trở ngại là chất siêu dẫn chỉ xuất hiện khi ở nhiệt độ rất thấp, chỉ một vài độ trên không độ tuyệt đối 0 độ K, tức âm 273 độ C; cụ thể, nhiệt độ mà người ta đã ghi lại được ở chất siêu dẫn nêu trên là 23 độ K và phải dùng khí Helium hoá lỏng để làm lạnh, đó là một chất phức tạp và đắt tiền, đòi hỏi phải tìm ra những chất siêu dẫn mới, thích hợp, khắc phục nhược điểm trên. Hội Vật lý Mỹ American Physical Society Ảnh - Đến tháng 1/1986 tại Zurich, hai nhà khoa học Alex Muller và Georg Bednorz tình cờ phát hiện ra một chất gốm mà các yếu tố cấu thành là Lantan, Đồng, Bari, Oxit kim loại. Chất gốm này trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ 35 độ K. Một thời gian ngắn sau, các nhà khoa học Mỹ lại phát hiện ra những chất gốm tạo thành chất siêu dẫn ở nhiệt độ tới 98 độ K. Điều quan trọng là chúng làm lạnh bằng Nitơ hoá lỏng. Đó là một thứ rẻ tiền và dễ thao tác hơn so với Helium lỏng. Người ta gọi đó là những chất siêu dẫn mới. Kết quả này kích thích các nhà khoa học đua nhau đi tìm chất gốm có đặc tính siêu dẫn ở nhiệt độ K ngày càng cao để mang lại sự thuận tiện và đỡ tốn kém khi ứng dụng siêu dẫn vào đời sống... - Năm 1987, Hội Vật lý Mỹ American Physical Society mở Hội nghị khoa học tại New York với sự hiện diện của nhiều nhà vật lý nổi tiếng Hoa Kỳ và nhiều nước trên thế giới. Người ta trao đổi đến những nét mới của siêu dẫn mà một trong số đó là hiện tượng những đĩa "gốm treo" lơ lửng trên các nam châm, người ta gọi đó là "hiệu ứng Meissner". Hiệu ứng này ngăn cản từ trường thâm nhập vào bề mặt chất siêu dẫn, vì thế, làm cho đĩa gốm tự nâng lên và lơ lửng trên các nam châm; nhưng nếu là một từ trường mạnh thì vẫn có thế thắng được sức đẩy, khi đó nó phá huỷ đặc tính siêu dẫn của vật liệu. Như vậy, những chất gốm siêu dẫn tỏ ra dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường mạnh. Đồng thời, nguyên lý Magnetic Levitation maglev cũng được đề cập đến, nguyên lý này dựa vào từ trường do các tấm nam châm siêu dẫn sinh ra khi duy trì được nhiệt độ rất thấp. Ở nhiệt độ ấy, mọi trở kháng không còn nam châm trở thành siêu dẫn và tạo ra từ trường cực mạnh. Thí nghiệm nguyên lý Magnetic Levitation Ảnh replogle-globes Từ kết quả trên cùng với những nghiên cứu khác, người ta kết luận Những chất siêu dẫn nhiệt độ thấp có thể tạo ra những từ trường rất mạnh và gọi chung đó là đặc tính riêng thứ hai của siêu dẫn. Mọi chất siêu dẫn đều làm ra từ trường; mặt khác, dòng điện chạy trong chất siêu dẫn lại không gặp phải một kháng trở nào, do đó từ trường siêu dẫn sản sinh ra rất mạnh. Nhờ đó mà ngay nay, con người có thể tạo ra từ trường nhân tạo mạnh gấp tới 200 ngàn lần so với từ trường của Trái đất. - Cũng tại hội nghị khoa học này, các nhà khoa học còn thảo luận tới phát minh mới về chất siêu lỏng nó cũng hoạt động ở nhiệt độ rất thấp, tới giới hạn tối đa của độ âm và nó không có độ bám dính, nghĩa là không có ma sát, nếu tác động quay tròn, chúng sẽ không dừng lại. Đây cũng được coi như dạng một chuyển động vĩnh cửu trong chất lỏng. Từ những trình bầy trên, ta có thể định nghĩa Chất siêu dẫn là những chất tồn tại ở nhiệt độ cực thấp, khi dòng điện chạy qua không có kháng trở. Cả hai thứ siêu dẫn và siêu lỏng đều là những lĩnh vực hấp dẫn của vật lý đương đại, từ đây, người ta nhanh chóng nhận ra tiềm năng to lớn của chúng. Cũng phải nói thêm rằng, những năm về trước, người ta biết đến chất gốm siêu dẫn là một hỗn hợp cấu thành từ các kim loại, hợp kim, oxit kim loại như đồng Cu, niobium Nb... trong tương lai, chắc chắn còn tìm ra nhiều chất gốm siêu dẫn ưu việt khác nữa và nhiệt độ cấu thành lên nó ngày một cao. Cho đến nay, nhiệt độ cao nhất có thể đạt được với một chất gốm siêu dẫn mới là 125 độ K. Nhưng thực tế cho thấy, những chất gốm được tạo thành siêu dẫn ở nhiệt độ độ cao hơn 100 độ K lại tỏ ra không được ổn định vì nó nhanh chóng mất đi tính siêu dẫn. Đây là một trong những trở ngại lớn trên con đường chinh phục siêu dẫn. Sự phá huỷ đặc tính siêu dẫn khi ảnh hưởng bởi từ trường mạnh được giải thích như sau Đó là do "vòng xoáy từ" tức là những đường từ tính chuyển động bên trong chất liệu, như những xoáy nước đi trong dòng nước, những xoáy này di chuyển, tạo ra những điện trường ngăn chặn dòng điện di chuyển tự do, vì thế sinh ra mất tính siêu dẫn của vật liệu. - Ngoài những trở ngại như chất siêu dẫn chỉ xuất hiện ở nhiệt độ thấp, và chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn 100 độ K lại không ổn định; một trở ngại khác nữa đòi hỏi phải sớm vượt qua, đó là, chất siêu dẫn được làm nên dưới dạng một loại bột, có thể nén lại thành một chất rắn nhưng rất giòn. Để dễ ứng dụng, ta cần biến nó dưới dạng "một sợi dây", nhưng tính giòn làm cản trở cho ý đồ kỹ thuật này. Tuy nhiên, dựa vào công nghệ làm vi mạch, người ta bắt chước cách làm đó và tiến hành như sau Phun chất bột này thành một lớp mỏng lên nền một chất liệu khác gọi là đế tức là rải những yếu tố cấu thành gốm lên cái đế. Nhờ đó có thể tạo ra thành "dạng giây" và có thể uốn lượn đường dây theo ý muốn trên mặt phẳng. Tuy nhiên, không được bẻ cong vì dễ tạo ra sự đoản mạch. - Từ đặc tính riêng thứ hai của siêu dẫn đã mở ra nhiều hướng ứng dụng và các nhà công nghiệp tỏ ra hào hứng nhẩy vào cuộc săn tìm công nghiệp mới từ siêu dẫn. Họ hướng vào một số lĩnh vực ứng dụng chính sau + Dựa vào "nam châm siêu dẫn", người Nhật và người Đức thiết kế ra các đoàn tầu chạy trên đệm từ. Người Nhật đã thử nghiệm với khoảng 3 - 4 công nghệ tầu chạy trên đệm từ khác nhau, lấy tên là Maglev dựa theo thực hiện phép nâng điện - động lực học bằng cách tạo ra 2 từ trường đối nhau giữa các nam châm siêu dẫn đặt trên con tầu và những cuộn dây lắp trong đường ray hình chữ U bằng bê tông. High Một con tàu của Nhật ứng dụng hệ thống Speed Surface transport - HSST Ảnh bobbea Sau đây là một hình mẫu nhiều triển vọng nhất đã thử nghiệm đến lần thứ ba, có thông số kỹ thuật tầu chạy từ Tokyo đến Osaka cách nhau khoảng 500km, mục tiêu chở 100 khách chạy trong một giờ. Từ trường do nam châm siêu dẫn tạo ra cực mạnh đủ để nâng con tầu lên 10 cm khỏi đường ray. Đường ray có mặt cắt hình chữ U, trên nó có lắp 3 cuộn dây từ, được cung cấp điện bởi các trạm nguồn đặt dưới đất dọc đường tầu. Nam châm siêu dẫn đặt trên tầu và đặt trong những bình chứa Helium đã hoá lỏng, tạo ra nhiệt độ thấp là 269 độ dưới không độ, khi có dòng điện đi qua, sinh ra một từ trường khoảng 4,23 tesla nâng tầu bổng lên trong khung đường ray chữ U. Nhờ lực hút và lực đẩy xen kẽ giữa hai cực Nam - Bắc của cuộn giây và nam châm, con tầu cứ thế tiến lên phía trước. Điều khiển tốc độ nhờ điều chỉnh biến đổi tần số dòng điện trong cuộn dây từ 0 đến 50 Hz và điều chỉnh tốc độ từ xa tại trung tâm điều khiển. Để hãm tầu, người ta làm cách hãm như trên máy bay. Người Nhật đã phải vừa sản xuất vừa thử nghiệm trong 7 năm với kinh phí trên 3 tỷ USD. Hệ thống trên đôi khi còn được gọi là hệ thống "Vận tải trên bộ tốc độ cao" High Speed Surface transport - HSST. + Theo hướng công nghệ HSST này, người Đức chế tạo ra tầu "Transrapid" chạy trên đệm từ và cũng theo nguyên lý phát minh từ những năm 1960 theo công nghệ hơi khác người Nhật đôi chút, đó là phương pháp nâng điện từ nhờ tác động của những thanh nam châm đặt trên tàu, với những nam châm vô kháng chạy bên dưới và hai bên đường tầu hình chữ T. Ước vận tốc đạt 450 km/giờ chạy trên đường Berlin tới Hambourg, kinh phí khoảng 6 tỷ USD. Ngoài ra, người Pháp cũng đã và đang quan tâm đến vấn đề vận tải siêu tốc trên bộ bằng siêu dẫn. Nhà khoa học Alexei Abrikosov Ảnh hindu + Một ứng dụng quan trọng khác nữa là, có thể tạo ra được máy gia tốc mạnh để nghiên cứu đặc tính gốc của nguyên tử. Người ta dùng những nam châm cực mạnh để bẻ cong các chùm hạt, làm cho chúng chạy theo đường tròn để chúng va đập vào nhau, qua đó nghiên cứu những "mảnh" sinh ra do những va đập mạnh đó; người ta gọi đó là "siêu va đập siêu dẫn", dựa theo nguyên tắc này, các nhà khoa học Mỹ đang tiến hành xây dựng một "máy gia tốc cực mạnh" trong đường hầm dài 88 km ở bang Texec để nghiên cứu các hạt cơ bản của vật chất. - Đặc tính thứ ba của chất siêu dẫn là Nếu hai chất siêu dẫn được đặt gần nhau nhưng không chạm nhau thì các điện tử có thể nhảy qua như thể hai chất dẫn điện ấy tiếp xúc với nhau. Chỗ mà dòng điện nhẩy qua, người ta gọi là "khớp nối Josephson". Nhưng dòng điện chạy qua khớp nối ấy rất nhậy cảm với những biến đổi của điện trường và từ trường bên ngoài. Điều này giúp cho các nhà khoa học nẩy ra ý tưởng + Có thể ứng dụng để sản sinh ra máy đo điện trường hết sức chính xác. + Một ứng dụng quan trọng nữa từ đặc tính thứ ba này của chất siêu dẫn là có thể làm ra "cái ngắt mạch điện từ" giống như một tranzito. Cùng với đặc tính thứ nhất là dẫn điện mà không có thể làm ra được máy tính được nối với nhau bằng "giây siêu dẫn", nhờ đó sẽ làm nên được "máy tính điện tử siêu tốc" thế hệ mới phục vụ cho nghiên cứu không gian. Nhà khoa học Vitaly Ginzburg Ảnh derstandard + Ngoài ra, có thể ứng dụng khớp nối Josephson để sản xuất ra thiết bị y tế nhằm nghiên cứu những điện trường sinh học cực nhỏ do hoạt động của não người sinh ra, giúp cho việc chẩn đoán bệnh về não. Hoặc nhờ siêu nam châm, có thể chế tạo ra các máy quét MRI dùng trong y học quét ảnh bằng cách đo tiếng dội lại của âm thanh để khám các mô trong cơ thể người. + Cùng với những điều đã nói ở trên, người ta còn hy vọng những thành quả của siêu dẫn có thể áp dụng để tạo ra những thiết bị quan sát vì sao, hành tinh, hoặc bề mặt trái đất và giúp giải thích cơ chế của một số vật thể lạ trong vũ trụ, như những vì sao Neutron, những vật thể siêu rắn sót lại của những ngôi sao phát nổ trước khi tắt mà người ta nghĩ là có đặc tính xoay vòng tương tự với chất siêu dẫn lỏng... - Gần đây, các nhà khoa học Alexei Abrikosov, Vitaly Ginzburg Người Nga và Anthony Leggett người Mỹ gốc Anh đã đóng góp nhiều vào lĩnh vực lý thuyết siêu dẫn và mở ra nhiều hướng ứng dụng với công nghệ cao trong các lĩnh vực máy tính, truyền tải điện năng siêu hiệu quả... Những thành quả của họ được đánh giá là chất siêu dẫn thế hệ 2 và ba nhà khoa học đã được nhận giải Nobel về vạt lý vào năm 2003. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, người ta vẫn chưa thể giải thích được thoả đáng chất siêu dẫn thực tế hoạt động như thế nào? Nhà khoa học Anthony Leggett Ảnh perimeterinstitute mặc dù những hiện tượng vật lý của nó đã được biết đến không phải ít. - Nói về vật liệu siêu dẫn mới, ta không thể không đề cập tới thành công mới đây của người Nhật, đó là, các nhà khoa học thuộc Trường đại học Aoyama - Gakin ở Tokyo đã tìm ra vật liệu siêu dẫn từ phi kim loại như Magie Mg, hoặc Bo B... Điều làm cho nó trở nên rẻ tiền nữa là chất siêu dẫn trên chỉ làm việc ở nhiệt độ - 133 độ C. Nghĩa là còn ưu việt hơn cả Keramik của người Mỹ. Thành công này rất đáng trân trọng, bởi nó mở ra tìm chất bán dẫn từ phi kim loại là những vật liệu rẻ tiền, mà nhiệt độ để tạo thành chất siêu dẫn có thể chấp nhận được. - Ở nước ta, nghiên cứu về siêu dẫn cũng đã được các nhà khoa học của Trường đại học Tổng hợp Hà Nội trước đây, nay là Đại học Quốc gia Hà Nội thực hiện trong khoảng gần hai chục năm qua tác giả bài viết này 15 năm trước đây đã đến thăm phòng thí nghiệm trên. Các nhà khoa học của chúng ta làm lạnh bằng Nitơ lỏng và đã tạo ra được một số vật liệu siêu dẫn thuộc loại rẻ tiền. Tuy nhiên, do chưa có thị trường, hay đúng hơn là tiềm năng tài chính của đất nước còn hạn hẹp, nên lĩnh vực công nghệ cao này của ta chưa thể tiến xa được. Cũng tại Trường này, hướng "công nghệ nano" một lĩnh vực rất mới và đầy tương lai cũng được bắt nhịp rất sớm với thời đại. Những kinh phí vẫn là rào cản lớn nhất để phát triển những lĩnh vực đó. Hy vọng trở ngại này sớm được tháo gỡ.

vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao