Nếu tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng thực sự được thực hiện, điều gì sẽ xảy ra trên thế giới này?
Tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng đề cập đến hiện tượng vật liệu có thể dẫn dòng điện mà không có điện trở ở nhiệt độ và áp suất bình thường. Nếu hiện tượng này trở thành hiện thực, thì tất cả các mạch liên quan đến cơ khí sẽ được cải tiến một cách mang tính cách mạng và tất cả các thiết bị liên quan đến điện sẽ có bước nhảy vọt về chất.
Chúng ta có thể tưởng tượng rằng ở cấp độ vi mô, cuộc sống hàng ngày của chúng ta sẽ bị thay đổi hoàn toàn. Điện thoại của bạn có thể được sạc đầy ngay lập tức và bạn không phải lo lắng về việc pin quá nóng hoặc phát nổ.
Vấn đề sạc pin của ô tô hay xe máy điện cũng có thể được giải quyết và không còn phải lo lắng về việc hết pin. Hiệu năng của máy tính sẽ không còn gặp vấn đề quá nhiệt, và bạn có thể tăng hiệu suất của nó theo ý muốn cho đến khi hài lòng. Chúng ta không chỉ có thể chơi trò chơi máy tính trực tiếp trên điện thoại di động mà thậm chí còn có thể mang theo các thiết bị biến thực tế ảo trở thành một phần trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta bên mình.
Trước đây, tính siêu dẫn chỉ được quan sát thấy ở nhiệt độ lạnh giá hoặc áp suất cực lớn — những điều kiện khiến các vật liệu được thí nghiệm trở nên không thực tế đối với các ứng dụng mong muốn từ lâu như đường dây điện không tổn thất, tàu cao tốc và các thiết bị hình ảnh y tế giá cả phải chăng. Ảnh: Quantamagazine
Ở cấp độ vĩ mô, việc hiện thực hóa tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng sẽ mang lại những thay đổi toàn cầu. Các cuộc chiến tranh hiện nay có thể dừng lại ngay lập tức vì sự xuất hiện của các nguồn năng lượng mới, vì vấn đề năng lượng thường là gốc rễ của các cuộc xung đột.
Nền kinh tế của nhiều quốc gia cũng sẽ phục hồi hoàn toàn nhờ những cải tiến công nghệ mới và cả thế giới sẽ bước vào một thời kỳ xây dựng mới. Chúng ta không chỉ có thể chứng kiến phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát trong cuộc đời của mình, mà con cháu của chúng ta thậm chí có thể chứng kiến quá trình thuộc địa hóa Sao Hỏa.
Ngoài ra, việc hiện thực hóa tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng cũng sẽ mang lại những khả năng về máy tính lượng tử, vốn đang ở trạng thái lý thuyết. Giống như MOSS trong phim "Trái đất lang thang", nếu có công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, máy tính lượng tử có thể thoát khỏi giới hạn của nhiệt độ, do đó giảm đáng kể chi phí và độ phức tạp của chúng.
Đồng thời, công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng cũng có thể cải thiện hiệu suất và độ ổn định của máy tính lượng tử, bởi vì vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng không chỉ có thể được sử dụng để chế tạo nam châm siêu dẫn, cáp siêu dẫn mà còn có thể chế tạo chip điện toán hiệu năng cao.
Những con chip này có thể được sử dụng để đạt được tốc độ truyền và xử lý dữ liệu cao, do đó làm tăng tốc độ tính toán và dung lượng lưu trữ của máy tính lượng tử. Hơn nữa, vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng cũng có thể được sử dụng để tạo ra các loại qubit mới, chẳng hạn như chất cách điện topo. Vật liệu này có thể nhận ra hiện tượng dẫn điện không điện trở trên bề mặt hoặc cạnh, do đó bảo vệ trạng thái của qubit khỏi sự can thiệp từ bên ngoài.
Ảnh: Quantamagazine
Hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ phòng có thực sự khả thi?
Những điều vừa kể trên nghe có vẻ rất tuyệt vời, nhưng trên thực tế, tất cả điều này chỉ là một giả thuyết. Gần đây, các nhà khoa học Hàn Quốc tuyên bố rằng họ đã phát triển công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng và công bố hai bài báo trên các tạp chí nổi tiếng quốc tế, gây chấn động cộng đồng khoa học toàn cầu.
Phương pháp thí nghiệm của họ rất đơn giản, đó là họ sử dụng một hợp chất gọi là hydro sunfua, nung nóng nó đến một nhiệt độ nhất định dưới áp suất cao, sau đó sử dụng một thiết bị gọi là đe kim cương để nén nó đến một mức độ nhất định, sau đó họ có thể quan sát hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.
Dữ liệu thực nghiệm của họ cho thấy vật liệu mới này có thể dẫn dòng điện mà không có điện trở ở 15 độ C và 267 atm. Con số này thấp hơn nhiều so với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây và thậm chí có thể nói rằng tính siêu dẫn đã đạt được ở nhiệt độ và áp suất phòng. Ngay khi hai bài báo này được công bố, chúng đã gây chấn động và nghi ngờ trong cộng đồng khoa học toàn cầu.
Cho đến nay, độ tin cậy của những phát hiện đến từ Hàn Quốc vẫn chưa rõ ràng. Ảnh: Zhihu
Theo nhiều người, đây là kết quả bất khả thi vì nó vi phạm các nguyên tắc cơ bản của thuyết siêu dẫn. Theo thuyết siêu dẫn, hiện tượng siêu dẫn là do sự tạo thành cặp electron Cooper ở nhiệt độ thấp. Cặp electron Cooper là một giả hạt được hình thành do lực hút lẫn nhau của hai electron có spin đối diện thông qua một phonon. Không có điện trở giữa các cặp Cooper, vì vậy dòng điện có thể truyền đi mà không bị thất thoát.
Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, các phonon bị kích thích, làm mất ổn định các cặp electron Cooper và khiến tính siêu dẫn biến mất. Do đó, để đạt được tính siêu dẫn, nhiệt độ phải được hạ xuống cực thấp để các phonon không bị kích thích. Nhiệt độ tới hạn cao nhất được biết đến của chất siêu dẫn là -70 độ C, hay 203 Kelvin. Tuy nhiên, công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng mà các nhà khoa học Hàn Quốc vừa tuyên bố đã được hiện thực hóa ở khoảng 300 Kelvin. Điều này rõ ràng là không phù hợp với lý thuyết siêu dẫn.
Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang cố gắng tái tạo và xác minh những phát hiện của các nhà nghiên cứu Hàn Quốc. Ảnh: Science
Vậy thí nghiệm của các nhà khoa học Hàn Quốc đúng hay sai? Trên thực tế, công bố của các nhà khoa học Hàn Quốc vẫn chưa được công nhận và xác minh rộng rãi, bởi vậy nó đã làm dấy lên nhiều nghi ngờ.
Đầu tiên, phương pháp thí nghiệm của họ quá đơn giản. Họ chỉ sử dụng một vật liệu rất phổ biến, được nung nóng và làm lạnh dưới áp suất bình thường, sau đó tuyên bố đã đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Điều này khiến mọi người cảm thấy vô lý, bởi vì nếu nó thực sự đơn giản như vậy, thì các nhà khoa học trước đây đã làm gì? Tại sao họ không phát hiện ra bí mật này?
Thứ hai, dữ liệu thử nghiệm của họ quá mơ hồ. Những bức ảnh họ cung cấp không thể hiện rõ hiệu ứng siêu dẫn, và nó có thể hiện tượng bay lên từ trường. Tuy nhiên, bay lên từ trường không nhất thiết có nghĩa là hiện tượng siêu dẫn và cũng có thể do các nguyên nhân khác gây ra. Ví dụ, một số vật liệu trở nên có từ tính vĩnh cửu khi được nung nóng hoặc có tính thuận từ khi được làm lạnh. Tất cả những điều này có thể dẫn đến sự bay lên từ trường, nhưng không đại diện cho tính siêu dẫn.
Ngày 22 tháng 7, các nhà nghiên cứu ở Hàn Quốc đã xuất bản bài báo công bố sự tổng hợp của thứ có thể là chất siêu dẫn nhiệt độ môi trường đầu tiên trên thế giới. Ảnh: Time
Một lần nữa, kết quả thí nghiệm của họ dường như quá kỳ lạ. Họ tuyên bố rằng một khi đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, nó sẽ mất tính siêu dẫn khi bị nung nóng trên 150 độ C. Điều này hoàn toàn ngược lại với lý thuyết siêu dẫn đã biết trước đây.
Nói chung, vật liệu siêu dẫn chỉ có thể đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ thấp và mất tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao. Nếu có một vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, nó sẽ duy trì trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, chứ không phải ngược lại.
Do đó, công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng của Hàn Quốc cần được xác minh và thực nghiệm nhiều hơn nữa trước khi được cộng đồng khoa học và công chúng công nhận.
