Một vật liệu vẫn là chất siêu dẫn khi được làm nóng tới điểm sôi của nước vừa được dự đoán bởi các nhà vật lí ở Trung Quốc. Hanyu Liu, Yanming Ma và các đồng sự tại Đại học Cát Lâm vừa tính được rằng lithium magnesium hydride sẽ siêu dẫn ở nhiệt độ cao đến 473 K (200oC).
Vấn đề là vật liệu giàu hydrogen này phải được nén đến 250 GPa, tương đương với áp suất tại tâm Trái Đất. Mặc dù áp suất như thế có thể đạt được trong phòng thí nghiệm, nhưng sẽ rất khó tiến hành thí nghiệm để xác thực dự đoán trên. Tuy nhiên, kết quả của đội nghiên cứu có thể đưa đến việc khám phá thêm nhiều chất siêu dẫn nhiệt độ cao trên thực tế.
Chất siêu dẫn là những vật liệu sẽ dẫn điện với điện trở zero khi được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn nào đó. Đa số chất siêu dẫn đòi hỏi phải làm lạnh xuống nhiệt độ rất thấp, vì thế món hời của nghiên cứu siêu dẫn là tìm cho ra một chất sẽ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Siêu dẫn sẽ mang lại sự truyền tải điện không tổn thất năng lượng và tăng cường các công nghệ hoạt động dựa trên việc phát hoặc dò tìm từ trường.
Cấu trúc theo tính toán của lithium magnesium hydride. Các nguyên tử lithium màu lục, nguyên tử magnesium màu lam và hydrogen màu đỏ. Ảnh: Ying Sun
Các vật liệu giàu hydrogen có thể đem lại một lộ trình đến siêu dẫn nhiệt độ phòng bởi vì chúng tương tự với hydrogen kim loại – một chất được kì vọng tồn tại ở áp suất lớn hơn khoảng 400 GPa. Trong khi hydrogen kim loại cho đến nay vẫn chưa được tạo ra một cách đáng tin cậy trong phòng thí nghiệm, song nó được dự đoán là chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Ý tưởng ẩn sau việc sử dụng các hydride thay cho hydrogen nguyên chất là vì các nguyên tử hydrogen trong một số hydride được sắp xếp để cho sự siêu dẫn nhiệt độ cao có thể xảy ra ở những áp suất thấp hơn nhiều.
Thách thức chủ yếu mà các nhà vật lí đang đối mặt là tìm kiếm những hydride thích hợp có cấu trúc tinh thể như mong muốn để đem lại sự siêu dẫn nhiệt độ cao. Vào năm 2014, Liu, Ma và các đồng sự đã đi tới một mô phỏng trên máy tính có thể dự đoán cấu trúc của các hydride ở áp suất cao. Kết quả này đưa đến phép đo thực nghiệm về siêu dẫn ở hydrogen sulphide ở 203 K và 150 GPa vào năm 2015. Sau đó, mô phỏng nhận ra chất giữ kỉ lục hiện nay là lanthanum hydride, nó được đo là chất siêu dẫn ở nhiệt độ lên tới khoảng 250 K (-23oC) khi chịu nén 170 GPa.
Nay đội nghiên cứu mở rộng tìm kiếm của họ để bao gồm các hydride bộ ba – những chất như lithium magnesium hydride chứa ba chủng nguyên tử khác nhau. Mặc dù cấu trúc áp suất cao của các vật liệu này khó dự đoán hơn so với các hợp chất bộ đôi, nhưng sự có mặt của một nguyên tử thứ ba làm tăng đáng kể số lượng vật liệu có thể nghiên cứu.
Trong trường hợp lithium magnesium hydride, đội nghiên cứu tính được rằng các electron cho đi từ các nguyên tử lithium ngăn vật liệu bị hỏng ở áp suất cao. Mô tả công trình của họ trên tạp chí Physical Review Letters, họ cho biết việc sử dụng các electron cho đi để làm ổn định cấu trúc ở áp suất cao có thể đặt nền tảng cho việc khảo sát tính chất của nhiều hydride bộ ba và bộ tứ phức tạp hơn vốn là chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao.
Nguồn: physicsworld.com
