Thế nào là vật liệu siêu dẫn?

Vật liệu siêu dẫn là loại vật liệu có tính chất đặc biệt: Chúng có điện trở bằng không. Vào năm 1911, một nhà vật lý Hà Lan là Maoneis tìm thấy ở nhiệt độ -269°C, thuỷ ngân có điện trở bằng không, ông gọi đó là tính siêu dẫn. Việc phát hiện hiện tượng siêu dẫn kỳ lạ đó đã được giới khoa học kỹ thuật hết sức coi trọng. Người ta hy vọng có thể lợi dụng các chất siêu dẫn để chế tạo các chất có từ tính mạnh để có thể ứng dụng vật liệu từ siêu dẫn này vào các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và sản xuất khác nhau.

Thế nhưng việc sử dụng các kim loại thuần khiết như chì, thiếc làm vật liệu siêu dẫn đều cho từ trường rất nhỏ. Vì khi với cường độ dòng điện lớn thì tính siêu dẫn biến mất. Phải đến những năm 30 của thế kỷ XX, các nhà khoa học mới tìm thấy khi đưa một loại nguyên tố nào đó vào kim loại thuần khiết để tạo nên hợp kim thì giới hạn cường độ dòng điện và cường độ từ trường được tăng cao lên nhiều. Ví dụ, vào năm 1930, người ta đã chế tạo được hợp kim chì - bitmut giới hạn từ trường đạt đến 2 tesla. Các nhà khoa học Liên Xô trước đây đã nghiên cứu và có những cống hiến xuất sắc trong lĩnh vực siêu dẫn. Họ đã chế tạo được các hợp kim siêu đẫn có giá trị thực dụng được gọi là chất siêu dẫn loại hai như các hợp kim niobi - ziriconi, hợp kim vanđi - gali; các oxit kim loại kiểu cấu trúc A - 15; một số ít kim loại như niobi, vanađi, tecniti... Dùng các chất siêu dẫn này làm vật liệu từ, do không có điện trở vừa có tính chất giảm tĩnh điện, không có tổn thất nhiệt, thể tích nhỏ nên có thể tích nhỏ, công suất lớn. Đến những năm 60 của thế kỷ XX, các nhà khoa học đã chế tạo thành công vật liệu siêu dẫn có từ trường đạt đến 10 tesla, có thể ứng dụng rộng rãi trong cộng hưởng từ hạt nhân, máy gia tốc, buồng bọt, máy phát điện dòng từ và tàu chạy trên đệm từ quy mô lớn. Thế nhưng do vật liệu siêu dẫn chỉ làm việc được ở điều kiện nhiệt độ rất thấp mà việc tạo được nhiệt độ thấp này là một kỹ thuật phức tạp, tốn nhiều tiền của. Vì vậy kỹ thuật vật liệu siêu dẫn hiện còn đang ở giai đoạn thí nghiệm, khó đưa vào sử dụng rộng rãi.

Vào năm 1957, xuất hiện lý thuyết BCS giải thích hiện tượng siêu dẫn. Lý thuyết BCS cho rằng nguyên nhân gây ra hiện tượng siêu dẫn là do ở điều kiện nhiệt độ cực thấp, các điện tử tự do trong chất siêu dẫn song song nối tiếp nhau thành chuỗi dài. Khi có số lớn điện tử chuyển động định hướng thì bên trong chất siêu dẫn không còn lực cản trở chuyển động của dòng điện tử và hình thành dòng điện không có trở lực. Theo lý thuyết BCS rõ ràng đã tạo ra bóng cho việc sản xuất vật liệu siêu dẫn cao hơn - 243°C.

Vào năm 1986, ở công ty IBM Mỹ và Thụy Điển, Muler và Bainos đã tìm thấy oxit các kim loại lantan - bari - đồng đã có tính siêu dẫn ở nhiệt độ tương đối cao trong điều kiện phòng thí nghiệm, đã đột phá khu cấm của lý thuyết BCS. Điều đó đã nhen nhóm tia hy vọng về tương lai của việc ứng dụng vật liệu siêu dẫn. Do các điều kiện thực hiện thí nghiệm vật liệu siêu dẫn loại này không có yêu cầu cao lắm nên dễ thực hiện, điều đó đã khơi dậy nhiệt tình nghiên cứu vật liệu siêu dẫn trên toàn cầu. Nhiều nhà khoa học ở nhiều nước đều đi vào nghiên cứu cách nâng cao giới hạn nhiệt độ siêu dẫn. Một nhà khoa học quốc tịch Mỹ gốc Hoa là Chu Kinh Hoà và nhà khoa học Trung Quốc, Triệu Trung Hiền đã lập được các thành tựu được mọi người khâm phục. Để phân biệt loại vật liệu siêu dẫn mới với vật liệu siêu dẫn truyền thống nhiệt độ thấp, các nhà khoa học đã gọi đây là vật liệu siêu dẫn oxit nhiệt độ cao.

Ngày nay người ta đã chế tạo được loại vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao trên cơ sở oxit lantan - bari - đồng, oxit bari - ytri - đồng, oxit bitmut - chì - stronxin canxi, gia công thành màng mỏng, dây làm dụng cụ truyền cảm ứng thiết bị điện tử, nguồn phát vi ba...

Thế nào là bí mật "Tunguska"?

Khoảng 7 giờ sáng ngày 30 tháng 6 năm 1908, vùng Tunguska miền trung Siberi Nga có một quả cầu lửa còn sáng hơn cả Mặt Trời ù ù rơi xuống theo góc...

Tại sao cây thuốc lá ở tỉnh Vân Nam, Trung Quốc đặc biệt tốt?

Trung Quốc có nhiều nơi trồng cây thuốc lá, nhưng lá cây thuốc lá ở tỉnh Vân Nam tốt nhất. Trong 13 loại thuốc lá nổi tiếng mà toàn quốc chọn lựa thì...

Làm thế nào để đo được chiều cao của Kim tự tháp?

Các bạn có biết các Kim tự tháp Ai Cập không? Kim tự tháp là các công trình kiến trúc hùng vĩ cổ Ai Cập, là các phần mộ của các quốc vương cổ ai cập.

Ai là tiến sĩ toán đầu tiên của Trung Quốc thời hiện đại?

Tiến sĩ toán đầu tiên của Trung Quốc thời hiện đại tên là Hồ Minh Phục, ông sinh vào tháng 5 năm 1891 tại Vô Tích, tỉnh Giang Tô. Năm 14 tuổi, ông thi...

Vì sao khi tuyết rơi thì ấm, tuyết tan thì lạnh?

Mùa đông khắp nơi bị giá rét tấn công. Giá rét là do những luồng không khí vừa lạnh, vừa khô từ phương Bắc tràn xuống phương Nam dữ dội.

Tại sao có một số cây trồng lại có thể chống chịu được đất phèn?

Đất phèn rất có hại cho cây trồng, chủ yếu ở hai mặt: một là do trong đất tích trữ được muối tương đối nhiều làm giảm rất nhiều “thủy áp” trong dung...

Vì sao hoa nở về đêm đều nhạt màu?

Hoa thường nở vào ban ngày, với sắc màu đậm, quyến rũ như hồng, cúc, hướng dương..

Tại sao xe lửa cần chạy trên đường ray?

Một ô tô tải nếu đỗ trên mặt đường đá vụn, 15 người mới đẩy nó đi được. Nhưng nếu một toa xe lửa có cùng trọng lượng đỗ trên đường ray thép, chỉ 2...

Tại sao trên máy bay phải lắp đèn hiệu?

Ở các ngã tư giao thông, người ta thường đặt đèn xanh đèn đỏ, ai ai cũng nhận thấy rõ ràng. Xe cộ và người đi bộ đều tự giác tuân thủ nguyên tắc "đèn...