Cách đây chưa đầy hai năm, giới khoa học thế giới chấn động khi phát hiện ra một loại vật liệu có khả năng siêu dẫn ở nhiệt độ thường. Giờ đây, một nhóm các nhà vật lý của Đại học Nevada Las Vegas (UNLV) đã nâng cao kỷ lục một lần nữa bằng cách tái tạo kỳ tích này ở áp suất thấp nhất từng được ghi nhận.

Nói rõ hơn, điều này có nghĩa là khoa học đang tiến gần hơn bao giờ hết đến một loại vật liệu có thể sử dụng được, có thể lặp lại mà một ngày nào đó có thể cách mạng hóa cách vận chuyển năng lượng.

Nó đã trở thành tiêu đề quốc tế vào năm 2020 nhờ khám phá Lần đầu tiên siêu dẫn nhiệt độ phòng Được viết bởi nhà vật lý UNLV Ashkan Salamat và đồng nghiệp Ranga Dias, một nhà vật lý tại Đại học Rochester. Để đạt được kỳ tích này, các nhà khoa học đã tạo ra một hỗn hợp hóa học của cacbon, lưu huỳnh và hydro trước tiên ở trạng thái kim loại, sau đó chuyển sang trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ phòng bằng cách sử dụng áp suất cực cao – 267 gigapascal – điều kiện bạn chỉ tìm thấy trong tự nhiên gần trung tâm của Trái đất.

Tiến bộ với tốc độ chưa đầy hai năm, các nhà nghiên cứu hiện có thể hoàn thành kỳ tích chỉ với 91 gigapascal – gần một phần ba áp suất được báo cáo ban đầu. Các phát hiện mới đã được xuất bản dưới dạng một bài báo trước trên tạp chí giao tiếp hóa học Tháng này.

Siêu khám phá

Bằng cách điều chỉnh chi tiết thành phần carbon, lưu huỳnh và hydro được sử dụng trong bước đột phá ban đầu, các nhà nghiên cứu hiện có thể tạo ra một vật liệu dưới áp suất thấp duy trì trạng thái siêu dẫn của nó.

“Đây là những áp suất ở mức khó hiểu và khó đánh giá bên ngoài phòng thí nghiệm, nhưng khóa học hiện tại của chúng tôi cho thấy có thể đạt được nhiệt độ dẫn cao tương đối cao ở áp suất thấp nhất quán – và đó là mục tiêu cuối cùng của chúng tôi”, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết tác giả Gregory Alexander Smith. Nghiên cứu sinh sau đại học với UNLV Phòng thí nghiệm điều kiện khắc nghiệt ở Nevada (Nexel). “Vào cuối ngày, nếu chúng ta muốn tạo ra các thiết bị hữu ích cho nhu cầu của xã hội, chúng ta phải giảm áp lực cần thiết để tạo ra chúng.”

Mặc dù áp lực vẫn rất cao – cao hơn khoảng một nghìn lần so với những gì bạn có thể trải qua ở đáy Rãnh Mariana ở Thái Bình Dương – chúng vẫn tiếp tục chạy về phía một mục tiêu đang tiến gần đến con số không. Đó là một cuộc chạy đua hấp dẫn tại UNLV khi các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về mối quan hệ hóa học giữa carbon, lưu huỳnh và hydro tạo nên vật liệu.

Salamat, người chỉ đạo NEXCL tại UNLV, cho biết: “Kiến thức của chúng tôi về mối quan hệ giữa cacbon và lưu huỳnh đang tiến bộ nhanh chóng và chúng tôi đang tìm ra các tỷ lệ dẫn đến các phản ứng khác biệt đáng kể và hiệu quả hơn so với quan sát ban đầu”, Salamat, người chỉ đạo NEXCL tại UNLV và đóng góp vào nghiên cứu mới nhất cho biết. “Việc quan sát các hiện tượng khác nhau như vậy trong một hệ thống tương tự chỉ cho thấy sự phong phú của Mẹ thiên nhiên. Có quá nhiều điều để hiểu, và mỗi tiến bộ mới đưa chúng ta đến gần bờ vực của các thiết bị siêu dẫn hàng ngày.”

Chén thánh của hiệu quả năng lượng

Siêu dẫn là một hiện tượng hấp dẫn lần đầu tiên được quan sát thấy cách đây hơn một thế kỷ, nhưng chỉ ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể thì bất kỳ ý tưởng ứng dụng thực tế nào cũng bị loại trừ. Chỉ đến những năm 1960, các nhà khoa học mới đưa ra giả thuyết rằng kỳ tích này có thể thực hiện được ở nhiệt độ cao hơn nữa. Phát hiện năm 2020 của Salamat và các đồng nghiệp về chất siêu dẫn nhiệt độ phòng đã làm phấn khích thế giới khoa học một phần vì công nghệ hỗ trợ dòng điện mà không có điện trở, có nghĩa là dòng điện đi qua một mạch điện có thể được dẫn vô hạn và không bị mất năng lượng. Điều này có thể có ý nghĩa lớn đối với việc lưu trữ và truyền tải năng lượng, hỗ trợ mọi thứ từ pin điện thoại di động tốt hơn đến lưới điện hiệu quả hơn.

“Cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu không có dấu hiệu chậm lại, và chi phí đang tăng cao một phần do lưới điện của Mỹ mất gần 30 tỷ USD hàng năm do sự kém hiệu quả của công nghệ hiện tại,” Salamat nói. “Để thay đổi xã hội, chúng ta cần dẫn đầu bằng công nghệ, và công việc đang diễn ra ngày hôm nay, tôi tin rằng, đi đầu trong các giải pháp của ngày mai.”

Theo Salamat, các đặc tính của chất siêu dẫn có thể làm nền tảng cho một thế hệ vật liệu mới có thể thay đổi cơ bản cơ sở hạ tầng năng lượng ở Hoa Kỳ và hơn thế nữa.

Ông nói: “Hãy tưởng tượng khai thác năng lượng ở Nevada và gửi nó đi khắp đất nước mà không mất năng lượng. “Công nghệ này có thể biến điều đó thành hiện thực vào một ngày nào đó.”

Tham khảo: “Hàm lượng cacbon làm tăng tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao trong cacbon-lưu huỳnh hyđrua dưới 100 GPa” của J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard và Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias và Ashkan Salamat, ngày 7 tháng 7 năm 2022, Có sẵn tại đây. giao tiếp hóa học.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Smith, tác giả chính, là một cựu nghiên cứu viên UNLV tại phòng thí nghiệm của Salamat và là nghiên cứu sinh hiện tại về hóa học và nghiên cứu của NEXCL. Các tác giả nghiên cứu bổ sung bao gồm Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White và Keith Lawler của UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder và Elise Jones của Đại học Rochester; Ines E. Collings với Phòng thí nghiệm Liên bang Thụy Sĩ về Khoa học và Công nghệ Vật liệu, Sylvain Pettigerard với ETH Zurich; và Jesse S. Smith của Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne.