Tìm hiểu về vật liệu nano siêu dẫn

Tìm hiểu về vật liệu nano siêu dẫn

Những nhà nghiên cứu của trường đại học Bar-Ilan, Israel, phối hợp cùng Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, Hoa Kỳ, đã thiết kế loại phim mỏng siêu dẫn với mạng lưới lớn những sợi nano và mạch nano.

Nhiệt  độ mà những tấm phim này đạt được trạng thái siêu dẫn là rất thấp và khó đạt đến ở thời điểm hiện tại – chỉ 30oK (-243oC). Từ trường đã giúp thay đổi tính cách điện của vật liệu theo hướng ít ai nghĩ đến máy biến tần giá rẻ.

Nhà vật lý Ivan Bozovic, thuộc phòng nghiên cứu Brookhaven, người đã tổng hợp loại phim siêu dẫn, nói: “Những sợi nano và mạch nano siêu dẫn có thể sẽ có ích cho các thiết bị điện tử thế hệ mới – đó là chuyện trong dài hạn”. Ông và đồng nghiệp mua bán máy biến tần đã miêu tả nghiên cứu này trên tạp chí Nature Nanotechnology, phát hành ngày 13/6/2010.

Các chất siêu dẫn truyền thống bị giới hạn về kích thước, nhỏ nhất chỉ đến 40 nanomet (như  niobi). Nếu được làm nhỏ hơn kích thước này, chúng sẽ mất tính siêu dẫn, ngay cả khi được đặt trong nhiệt độ thích hợp.


Các nhà  khoa học ở Brookhaven đã tạo ra phim mỏng siêu dẫn bằng cách sử dụng kỹ thuật có tên  “sự mọc ghép chùm phân tử”, và tạo ra loại vật liệu với các lớp đồng oxit, latan và stronti xen kẽ nhau. Trước đây họ đã sử dụng sự  mọc ghép chùm phân tử để tạo ra phim mỏng siêu dẫn  đồng oxit một lớp.

Sau đó nhóm nghiên cứu ở Bar-Ilan đã sử dụng kỹ  thuật in lito chùm electron (electron-beam lithography) để  “khắc” lên bề mặt vật liệu hàng nghìn mạch điện.

Độ dày, hay đường kính, của các sợ nano tạo nên các mạch điện này khoảng 25 nanomet, chiều dài từ 150 đến 500 nanomet. Các phép đo độ cách điện của các mạng khuôn mẫu đã cho thấy chúng thực sự siêu dẫn điện ở nhiệt độ dưới 300K.

Khi các nhà  khoa học áp dụng một từ trường bên ngoài vuông góc với những mạch điện này, họ nhận thấy  độ cách điện không tăng lên đều theo độ mạnh của từ trường mà thay đổi lên xuống theo một biên độ dao động nhất định.

Bozovic nói: “Sự cách điện này có biên độ dao động khá lớn, và tần số của chúng tương ứng với những đơn vị riêng biệt (quanta) của dòng lượng từ  - đơn vị đo độ mạnh của từ trường xuyên qua những mạch điện.

Một vật liệu với điện trở từ riêng biệt và có thể thay đổi được – đặc biệt là từ trạng thái siêu dẫn sang trạng thái không dẫn điện – sẽ đặc biệt hữu ích khi sản xuất các thiết bị thế hệ mới”.

Loại phim mỏng siêu dẫn này cho phép các thiết bị nhỏ  đạt được hiệu suất cao hơn hiện tại rất nhiều mà  không sinh ra nhiệt và tiêu tốn năng lượng, do đó sẽ tiết kiệm được lượng điện rất lớn.

Hãy tưởng tượng, chiếc điện thoại dùng vật liệu siêu dẫn của bạn có thể dùng được vài tuần hay thậm chí cả tháng mà chỉ cần sạc pin đúng 1 lần, với cùng loại pin mà bạn đang dùng…

Rào cản duy nhất mà các nhà nghiên cứu cần vượt qua chính là nhiệt độ thấp. Nếu muốn đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, họ sẽ cần những loại vật liệu khác nhau với những đặc tính giống nhau.

Các chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn đã  được tạo ra, nhưng kích thước lại là một vấn đề khi sản xuất các thiết bị mua ban may bien tan với kích thước nano.