Tài liệu Chất siêu dẫn: Vật chất của thế kỷ 21

Gần một thế kỷ trước, nhà vật lý Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes đã làm giới khoa học phải sửng sốt khi ông phát hiện ra rằng, nếu tôi một số kim loại trong nhiệt độ cực thấp, dòng điện sẽ chạy qua mà không làm hao hụt chút năng lượng nào cả.

Chất siêu dẫn đang dần đi vào ứng dụng cuộc sống hiện đại.

Điều này có một trở ngại: Kim loại cần phải được giữ lạnh trong nhiệt độ thấp đến nỗi không thể ứng dụng được vào bất cứ mục đích thương mại nào. Ngày nay, chất siêu dẫn - khám phá của Onnes - đang được thử nghiệm nhằm tìm ra phương pháp hạn chế nguy cơ mất điện trên diện rộng.

Robert Hawsey, Giám đốc Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge thuộc Trung tâm Công nghệ Siêu dẫn Mỹ, hào hứng nói: Nó sẽ hoạt động, chắc chắn sẽ hoạt động. Cáp sợi quang cũng phải mất 20 năm để từ phòng nghiên cứu trở thành xương sống cho xa lộ thông tin ngày nay. Sau gần 20 năm phát triển, một thế hệ siêu dẫn mới đang đi ra từ bóng tối, trở thành những ứng dụng rộng rãi.

Chất siêu dẫn có một số đặc tính gần gũi với kỹ thuật nghe nhìn công nghệ cao, bởi vì chúng không có điện trở. Về nguyên tắc, khi dòng điện bắt đầu chạy trong một vòng siêu dẫn, gần như nó có thể chạy . mãi. Cùng kích thước, chất siêu dẫn mang một lượng điện lớn hơn dây điện và dây cáp tiêu chuẩn. Vì vậy, thành phần siêu dẫn có thể nhỏ hơn nhiều so với các chất khác hiện nay. Và điều quan trọng là chất siêu dẫn không biến điện năng thành nhiệt năng. Điều này đồng nghĩa với việc một máy phát hoặc chip máy tính siêu dẫn có thể hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với hiện nay.

Tuy nhiên, chất siêu dẫn có những hạn chế riêng - chúng cầu kỳ hơn nhiều so với các dây dẫn điện tiêu chuẩn. Nếu dòng điện chúng mang theo hoặc từ trường mà chúng gặp phải quá mạnh, chất siêu dẫn sẽ biến thành dây dẫn thông thường nhanh hơn cả cỗ xe của Lọ Lem biến thành quả bí đỏ.

Vấn đề tiếp theo là giữ lạnh. Để cho chất siêu dẫn của mình hoạt động được, Onnes phải sử dụng heli lỏng ở 4oK (trên điểm 0 tuyệt đối 4o, nơi phân tử ngừng chuyển động). Đến giữa những năm 1980, chất siêu dẫn truyền thống đã tìm thấy một số thị trường phù hợp. Nhưng chi phí giữ lạnh quá cao ở nhiệt độ lỏng của heli chính là cản trở lớn đối với bất cứ ai có ý định ứng dụng rộng rãi chất siêu dẫn.