Những vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao là dựa vào siêu vật liệu. Kế hoạch của họ là sử dụng việc kết hợp giữa vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ thấp với vật liệu điện môi để tạo nên vật liệu siêu dẫn có nhiệt độ cao hơn nhiều so với các thành phần cấu tạo nên nó. Nhóm làm việc vẫn đang tiếp tục tiến hành thí nghiệm và hy vọng rằng chúng sẽ thành công để mở đường cho việc tạo ra vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.
Kể từ khi lần đầu tiên vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao được phát hiện ra cách đây 30 năm, các nhà vật lý vẫn đang tìm kiếm trong vô vọng đối với vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ thường. Nhưng bất chấp những nỗ lực đó, các nhà vật lý vẫn không thể tạo ra vật liệu siêu dẫn có nhiệt độ vượt quá 140K, tức hiện tại vẫn thấp hơn mức 150K so với nhiệt độ phòng.
Nhưng giờ đây, giáo sư Vera Smolyaninova tại trường Đại Học Towson và giáo sư Igor Smolyaninov tại trường Đại Học Marylan đã đề xuất một phương pháp tiếp cận để có thể tăng nhiệt độ tới hạn của vật liệu siêu dẫn. Ý tưởng của họ liên quan tới việc tạo nên một vật liệu nhân tạo gọi là siêu vật liệu – loại vật liệu được thiết kế để có tính chất điện từ không thể tìm thấy trong tự nhiên, với chỉ số khúc xạ âm. Là loại vật liệu đang được nghiên cứu trong áo choàng tang hình và siêu ống kính.
Phương pháp của họ được truyền cảm hứng từ một mô tả về vật liệu siêu dẫn, được đưa ra vào năm 1973 bởi một nhà vật lý người Nga David Kirzhnits và các cộng sự của ông. Cách tiếp cận của Kirzhnits là phần bổ sung cho lý thuyết về vật liệu siêu dẫn còn thiếu, nó cũng chỉ ra được độ lớn của tương tác giữa các electron trong vật liệu siêu dẫn là tỉ lệ nghịch với hàm điện môi của vật liệu.
Lực hút lớn nhất
Thông thường tính chất siêu dẫn sẽ tăng lên khi có một lực hút hiệu dụng giữa 2 electron, tạo thành một bắt cặp. Nếu một vật liệu được thiết kế để tạo ra hàm điện môi nhỏ và có giá trị âm, nó sẽ tạo ra một lực hút lớn hơn giữa các electron, và vì vậy có thể hy vọng tìm thấy được nhiệt độ tới hạn cao hơn hiện nay.
Trong một bản thảo gần đây, Smolyaninova và Smolyaninov đã chỉ ra rằng sự gần đúng của hàm điện môi gần giá trị zero (ENZ) dùng trong thiết kế nên siêu vật liệu, có thể đưa ra một giải pháp tạo ra vật liệu với một giá trị điện môi xác định. Siêu vật liệu ENZ này là sự trộn của kim loại và các thành phần điện môi, trong giải pháp này kim loại cũng được coi như là một vật liệu siêu dẫn thông thường với nhiệt độ tới hạn 10K.
Siêu vật liệu ENZ được đề xuất tạo nên bởi một vật liệu siêu dẫn với các vật liệu điện môi ngẫu nhiên. Smolyaninova cũng đã nói rằng khả năng hiện tại cho chất điện môi là chất sắt điện “strontium titanate”, có thể được tạo ra dưới dạng hạt nano. Kích thước giữa tạp chất và khoảng cách trung bình của chúng phải nhỏ hơn chiều dài giữa các bắt cặp electron trong vật liệu siêu dẫn, vào cỡ 100nm.
Thiết kế Hyperbolic
Một thiết kế khác được đề xuất là vật liệu “hyperbolic”, trong đó hàm điện môi được thiết kế dưới dạng luân phiên các lớp của kim loại và vật liệu điện môi. Họ cũng thấy rằng các vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ cao trước đây cũng có một số tính chất tương đồng với vật liệu “hyperbolic”. Và lần này kim loại cũng sẻ đóng vai trò là vật liệu siêu dẫn thông thường với nhiệt độ tới hạn thấp – 10K.
Smolyaninova cũng nói rằng hiện tại họ đang thiết kế siêu vật liệu và sắp tiến hành thí nghiệm thực tế với chúng. Giáo sư cũng chỉ ra rằng ENZ thì thiết kế dễ hơn nhiều so với vật liệu “hyperbolic”. Bà cũng hy vọng rằng siêu vật liệu - siêu dẫn trước tiên có thể được tạo ra với nhiệt độ tới hạn cao hơn nhiệt độ sôi của nitor lỏng (77K). Điều này sẽ giúp họ tiến tới các hệ thống siêu dẫn nhiệt độ cao hơn.
Nguyễn Quý Trường
Theo physicsworld.com
