Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng

Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng Lý thuyết về siêu dẫn và ứng dụng

lOMoARcPSD|12649298 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM BỘ MÔN VẬT LÝ Đề tài: Lý thuyết siêu dẫn ứng dụng GVHD: TS Đậu Sỹ Hiếu Sinh viên thực MSSV Trịnh Công Khang 2011375 Bùi Quan Thanh Thiện 2014573 Nguyễn Đức Vinh 2052796 Bùi Quang Thịnh 2012102 Thành phố Hồ Chí Minh tháng 11, 2021 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI PHẦN LÝ THUYẾT I Hiện tưởng siêu dẫn: Khái niệm Nhiệt độ giới hạn độ rộng chuyển pha Sự tồn siêu dẫn vật liệu 3.1 Điện trở kim loại Điện trở không II Vật liệu siêu dẫn: Quá trình phát phát triển vật liệu siêu dẫn 1.1 Phát 1.2 Phát triển Tính chất từ 10 2.1 Tính nghịch từ vật dẫn lý tưởng 10 2.2 Vật siêu dẫn không lý tưởng 11 2.3 Hiệu ứng Meissner 12 2.4 Khái niệm dòng tới hạn từ trường tới hạn 13 Tính chất nhiệt 14 3.1 Sự lan truyền nhiệt chất siêu dẫn 14 3.2 Nhiệt dung chất siêu dẫn: 15 3.3 Độ dẫn nhiệt chất siêu dẫn 16 3.4 Hiệu ứng đồng vị 17 3.5 Các hiệu ứng nhiệt điện 18 III Các lý thuyết liên quan siêu dẫn 18 Entropi trạng thái siêu dẫn trạng thái thường 18 Sự xâm nhập từ trường vào chất siêu dẫn 18 IV Lý thuyết BCS 19 Lý thuyết BCS 19 Cặp Cooper 20 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 V Chất siêu dẫn nhiệt độ cao 20 Sơ lược lịch sử phát triển chất siêu dẫn nhiệt độ cao 20 Lý thuyết liên quan đến siêu dẫn nhiệt độ cao 22 Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao điển hình 24 3.1 Vài nét oxit siêu dẫn 24 3.2 Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao điển hình chứa Cu Oxy 24 3.3 Một số vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao khác 27 PHẦN ỨNG DỤNG 28 Máy phát điện siêu dẫn 28 Động siêu dẫn 28 Đệm từ (Bearings) 28 Siêu máy tính: 29 Lò phản ứng nhiệt hạch từ: 29 Truyền tải lượng (Electric Power Tranmission): 30 Cộng hưởng từ - MRI: 30 Tàu đệm từ Maglev: 31 LỜI KẾT 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 LỜI MỞ ĐẦU Thực tế, xã hội ngày phát triển với thiết bị công nghệ tiên tiến, thơng minh, hiểu biết lĩnh vực liên quan tới công nghệ ngày phải nâng cao Các vấn đề lượng tử, vật lý đại thứ mà nhà khoa học ngày phát triển tìm hiểu Họ cố hồn thiện khái niệm trừu tượng nắm rõ nguyên lý để hiểu rõ vấn đề mà vật lý đại đề Chính mà vấn đề vật liệu siêu dẫn đề tài quan tâm giới khoa học Các nhà nghiên cứu nhà khoa học thấy khả phát triển đầy tiềm bí ẩn vật liệu siêu dẫn vơ vàng Đó lý để lựa chọn siêu dẫn đề tài để nghiên cứu báo cáo Trong báo cáo này, chúng tơi có trình bày vài nét trình phát triển lịch sử vật liệu siêu dẫn, lý thuyết khái niệm siêu dẫn hiệu ứng liên quan, đặc điểm điển hình tượng siêu dẫn, vật liệu siêu dẫn, cuối phần ứng dụng siêu dẫn đời sống – khoa học Qua chúng tơi hy vọng giúp người đọc nhận thức có nhìn cụ thể khái niệm vai trị siêu dẫn sống đại Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Siêu dẫn tượng đặc biệt số vật liệu nhiệt độ vật liệu nhiệt độ định (tùy theo chất cấu thành vật liệu) điện trở suất vật liệu không khả dẫn điện vô Hiện tượng siêu dẫn lần đầu phát vào năm 1911, vùng nhiệt đồ gần độ K (≤ K) Ngồi người ta cịn phát chất siêu dẫn từ trường bên ln ln khơng có tượng xuyên ngầm lượng tử… Mãi sau gần thập kỉ người ta lý giải tượng kì diệu lý thuyết vi mơ Và chất siêu dẫn ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử: Các thiết bị có độ nhạy cao, độ tin cậy cao chế tạo Một ví dụ điển hình máy chụp cộng hưởng từ dùng bệnh viện ngày để chuẩn đốn xác bệnh tật bệnh nhân (được cấu thành từ cuộn dây tạo từ trường dây siêu dẫn) Ngoài vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao nhà khoa học tìm mở giả thuyết rằng: “Có thể có vật liệu đạt trạng thái siêu dẫn nhiệt độ phịng” Từ mở kỷ ngun vật liệu siêu dẫn Các nhà khoa học miệt mài nghiên cứu để tìm chứng minh giả thuyết Và họ thành công phần phát vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao Tuy nhiên việc làm họ phải sử dụng áp suất vô lớn (sấp xỉ triệu lần áp suất khí quyển) Nhưng nhà khoa học tự tin khẳng định có ngày đó, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ phòng áp suất chấp nhận tìm thấy Nhận tầm quan trọng vật liệu siêu dẫn khả phát triển tiềm tàng vật liệu siêu dẫn ứng dụng rỗng rãi nhiều lĩnh vực khác Các nhà khoa học đưa nhận định việc phát siêu dẫn mang tính đột phá việc phát lượng tử Các vật liệu siêu dẫn mang đến nhiều lợi ích thay đổi lớn kĩ thuật, công nghệ kinh tế đời sống Chúng ta thấy tượng siêu dẫn mang đến cho khoa học đời sống ứng dụng rỗng rãi quan trọng Càng nhiều vấn đề liên quan đến vật liệu siêu dẫn tìm thấy đồng thời mở chương cho ngành vật liệu siêu dẫn Các khoa học phát vật liệu siêu dẫn nhiệt độ phòng nhiên vấn đề áp suất để vật liệu đạt trạng thái siêu dẫn lớn Điều thúc đẩy giấc mơ, hy vọng ngày đó, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ phòng với áp suất chấp nhận tìm thấy mở thêm nhiều ứng dụng thực tế Lúc vật liệu siêu dẫn rộng rãi xã hội ngày phát triển, nghiên cứu, đột phá chưa tìm phát triển mà vật liệu tìm Đấy lý mà nhóm chọn đề tài “Lý thuyết siêu dẫn ứng dụng nó” với mong muốn nâng cao hiểu biết người đọc vấn đề siêu dẫn, nhanh chóng tiếp cận với khoa học đại ứng dụng phát triển sau vật liệu siêu dẫn Hy vọng đề tài tư liệu bổ ích cho bạn sinh viên mong muốn tìm hiểu thêm tượng siêu dẫn Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 PHẦN LÝ THUYẾT I Hiện tưởng siêu dẫn: Khái niệm - Siêu dẫn trạng thái vật lý vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn,nó cho phép dịng điện chạy qua trạng thái khơng có điện trở đặt siêu dẫn vào từ trường từ trường bị đẩy khỏi - Đặc trưng chất siêu dẫn khả tải dòng điện chiều khơng có tiêu tốn lượng đẩy từ trường khỏi chất siêu dẫn giải thích lý thuyết BCS Trong đó, người ta kết luận chất siêu dẫn có cặp điện tử (cặp Cooper) Các cặp Cooperdi chuyển khơng có va chạm chất siêu dẫn nên khơng có điện trở Lý thuyết BSC giải thích thoả mãn cho vật liệu trở thành siêu dẫn nhiệt độ thấp 240C mà ngày hay gọi siêu dẫn cổ điển Nhiệt độ giới hạn độ rộng chuyển pha - Năm 1911, nhà vật lý Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes khảo sát điện trở kim loại khác vùng nhiệt độ Heli Trong nghiên cứu điện trở thuỷ ngân (Hg), ông phát nhiệt độ thấp điện trở Hg giảm T < 4K (-2690C) điện trở gần biến (xấp xỉ không) - Như vậy, nhiệt độ mà điện trở hồn tồn biến (dịng điện chạy qua mà không gặp cản trở) gọi nhiệt độ tới hạn nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn (kí hiệu TC) Có thể hiểu nhiệt độ chất chuyển từ trạng thái thường sang trạng thái siêu dẫn Không phải chất có khả chuyển sang trạng thái siêu dẫn, chất đạt trạng thái gọi chất siêu dẫn - Và thực tế khơng có chất đạt tới T=0 K khơng có kim loại ngun chất hoàn toàn nên điện trở vật dẫn lý tưởng - Khoảng nhiệt độ từ điện trở bắt đầu suy giảm đột ngột đến gọi độ rộng chuyển pha siêu dẫn (ký hiệu ΔT) Ví dụ độ rộng chuyển pha Hg ΔT = 5.102 K Độ rộng chuyển pha ΔT phụ thuộc vào chất vật liệu siêu dẫn Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 Sự tồn siêu dẫn vật liệu - Tính siêu dẫn tồn nhiều kim loại, hợp kim, hợp chất - - - Trong trình nghiên cứu, người ta nhận thấy số chất không chuyên qua siêu dẫn: • Các kim loại hố trị I • Các kim loại sắt từ phản sắt từ • Các kim loại đất (trừ Lantan) có quỹ đạo khơng lấp đầy Ngồi ra, để nhiệt độ phịng, chất siêu dẫn khơng dẫn điện tốt kim loại thường Nhiều hợp chất siêu dẫn tạo nên từ chất thành phần chất siêu dẫn, Các điểm chung khác hợp kim siêu dẫn, hợp chất siêu dẫn so với chất siêu dẫn đơn kim loại: • Nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn TC cao • Từ trường tới hạn Hc1 Hc2 • Khơng biểu hồn tồn với hiệu ứng Meissner • Độ rộng chuyển pha ∆T tương đối lớn • Khơng với hệ thức Silsbee 3.1 Điện trở kim loại - - Bản thân vật dẫn phải có điện trở điện trở tất kim loại hợp kim giảm xuống bị làm lạnh Trong cấu trúc tinh thể lý tưởng với nguyên tử nằm mạng tuần hoàn kim loại, “các điện tử dẫn” chuyển động tự dạng sóng suốt mà khơng tán xạ theo hướng khác Nói cách khác, dịng điện khơng gặp cản trở Tuy nhiên, mạng tuần hoàn tinh thể tồn khuyết tật làm tán xạ sóng điện từ sinh điện trở Hơn hai hiệu ứng gây điện trở: phá vỡ cấu trúc hoàn hảo mạng tinh thể tạp chất dao động nhiệt Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 - Như vậy, hạ nhiệt độ kim loại hay hợp kim, dao động nhiệt nguyên tử giảm xuống, đồng thời sóng điện từ tán xạ với tần số Điện trở không - Không thể chứng minh thực nghiệm điện trở thực tế điện trở chất siêu dẫn nhỏ độ nhạy thiết bị đo Khi đó, cho dịng điện chạy xung quanh xuyến siêu dẫn khép kín, ta nhận thấy dịng điện gần không suy giảm sau thời gian dài Giả thiết tự cảm xuyến L, thời điểm t = 0, ta bắt đầu cho dòng I(0) chạy vòng quanh xuyến, thời gian muộn t ≠ 0, cường độ dòng điện chạy qua xuyến theo công thức: 𝑅 - I(t) = I(0)𝑒 (− 𝐿 )𝑡 Ở R điện trở xuyến Chúng ta đo từ trường tạo dòng điện bao quanh xuyến Phép đo từ trường không lấy lượng từ mạch điện mà cho ta khả quan sát dịng điện chuyển dịch khơng thay đổi theo thời gian xác định điện trở kim loại siêu dẫn cỡ nhỏ 10-26 𝛺m Giá trị thoả mãn kết luận điện trở kim loại II Vật liệu siêu dẫn: Quá trình phát phát triển vật liệu siêu dẫn 1.1 Phát • Năm 1911, nhà vật lí người Hà Lan– Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấy phụ thuộc điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn phụ thuộc kim loại khác Khi nhiệt độ thấp, điện trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt độ nữa, phụ thuộc vào nồng độ tạp chất Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới Tc = -269oC (4,1oK), điện trở đột ngột hạ xuống cách nhảy vọt Hiện tượng nói gọi tượng siêu dẫn, Tc nhiệt độ tới hạn • Việc tìm tượng lạ mở khám phá quan trọng ngành khoa học kỹ thuật Các nhà khoa học bắt đầu sử dụng chất siêu dẫn để chế tạo vật chất có từ tính mạnh Với mục đích phục vụ cho lĩnh vực khoa học kỹ thuật sản xuất khác đời sống Tuy nhiên, việc ứng dụng tính siêu dẫn lên kim loại khiết chì, thiếc… lại cho từ trường nhỏ 1.2 Phát triển • Giai đoạn năm 1930, nhà khoa học Liên Xô bắt tay vào chế tạo hợp kim siêu dẫn có giới hạn từ trường đạt tesla Hai hợp kim siêu dẫn gọi hợp kim niobi – ziriconi, hợp kim vanđi – gali Ngồi ra, cịn có số oxit kim loại kiểu cấu trúc Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 A – 15 Ưu điểm vật chất siêu dẫn giai đoạn khơng có điện trở, nhờ vừa làm giảm tĩnh điện, không gây tổn thất nhiệt, vừa tích nhỏ cơng suất lớn Giai đoạn năm 60 kỷ XX, nhà khoa học nghiên cứu chế tạo loại vật liệu siêu dẫn có từ trường đạt đến 10 tesla Từ ứng dụng rộng lĩnh vực địi hỏi cơng nghệ kỹ thuật cao cộng hưởng từ hạt nhân, máy gia tốc, buồng bọt, máy phát điện… Thế nhược điểm vật liệu siêu dẫn hoạt động hiệu điều kiện nhiệt độ thấp Điều khiến kỹ sư đối mặt với nhiều thách thức tốn nhiều chi phí để tạo nên mơi trường nhiệt độ thấp Đến tháng 1/1986 Zurich, hai nhà khoa học Alex Muller Georg Bednorz tình cờ phát chất gốm mà yếu tố cấu thành là: Lantan, Đồng, Bari, Oxit kim loại Chất gốm trở nên siêu dẫn nhiệt độ 35 độ K Một thời gian ngắn sau, nhà khoa học Mỹ lại phát chất gốm tạo thành chất siêu dẫn nhiệt độ tới 98 độ K Điều quan trọng chúng làm lạnh Nitơ hoá lỏng Đó thứ rẻ tiền dễ thao tác so với Heli lỏng Người ta gọi chất siêu dẫn Kết kích thích nhà khoa học đua tìm chất gốm có đặc tính siêu dẫn nhiệt độ K ngày cao để mang lại thuận tiện đỡ tốn ứng dụng siêu dẫn vào đời sống • Cho đến nay, nhiệt độ cao đạt với chất gốm siêu dẫn 125 độ K Nhưng thực tế cho thấy, chất gốm tạo thành siêu dẫn nhiệt độ độ cao 100 độ K lại tỏ không ổn định nhanh chóng tính siêu dẫn Đây trở ngại lớn đường chinh phục siêu dẫn Sự phá huỷ đặc tính siêu dẫn ảnh hưởng từ trường mạnh giải thích sau: Đó "vịng xốy từ" (tức đường từ tính chuyển động bên chất liệu, xoáy nước dịng nước), xốy di chuyển, tạo điện trường ngăn chặn dòng điện di chuyển tự do, sinh tính siêu dẫn vật liệu • Gần đây, nhà khoa học Alexei Abrikosov, Vitaly Ginzburg (Người Nga) Anthony Leggett (người Mỹ gốc Anh) đóng góp nhiều vào lĩnh vực lý thuyết siêu dẫn mở nhiều hướng ứng dụng với cơng nghệ cao lĩnh vực máy tính, truyền tải điện siêu hiệu Những thành họ đánh giá chất siêu dẫn hệ ba nhà khoa học nhận giải Nobel vạt lý vào năm 2003 • Nói vật liệu siêu dẫn mới, ta không đề cập tới thành công người Nhật, là, nhà khoa học thuộc Trường đại học Aoyama - Gakuin Tokyo Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 tìm vật liệu siêu dẫn từ phi kim loại Magie (Mg), Bo (B) Điều làm cho trở nên rẻ tiền chất siêu dẫn làm việc nhiệt độ -133 độ C Nghĩa ưu việt Keramik người Mỹ Thành công đáng trân trọng, mở tìm chất bán dẫn từ phi kim loại vật liệu rẻ tiền, mà nhiệt độ để tạo thành chất siêu dẫn chấp nhận • Mới nhất, năm 2015, giới khoa học phát loại chất siêu dẫn nhiệt độ cao mới, sắt selenide dày lớp nguyên tử có khả siêu dẫn 65 độ K • Ở nước ta, nghiên cứu siêu dẫn nhà khoa học Trường đại học Tổng hợp Hà Nội trước đây, Đại học Quốc gia Hà Nội thực khoảng gần hai chục năm qua (tác giả viết 15 năm trước đến thăm phịng thí nghiệm trên) Các nhà khoa học làm lạnh Nitơ lỏng tạo số vật liệu siêu dẫn thuộc loại rẻ tiền Tuy nhiên, chưa có thị trường, hay tiềm tài đất nước cịn hạn hẹp, nên lĩnh vực công nghệ cao ta chưa thể tiến xa • Sau bảng thống kê số chất siêu dẫn điển hình phát theo thời gian: Tên vật liệu Nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn (TC) [K] Năm phát Hg 4.2 1911 Pb 7.2 1913 Nb 9.2 1930 Nb3Sn 18,1 1954 Nb3(Al0.75Ge0.25) 20-21 1966 Nb3Ga 30.3 1971 Nb3Ge 23.2-23.9 1973 BaPb1-xBixO3 13 1974 La1—xCaxMnO3-Ba-Cu-O 30-40 1986 Y(Re)-Ba-Cu-O 80-90 1987 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 - - - Lý thuyết London thiết lập phương trình biến đổi từ phương trình nhiệt động lực để nhận lại hiệu ứng Meissner Như lý thuyết London chứng minh tồn hiệu ứng Meissner chất siêu dẫn 𝑐.𝐴 Phương trình London: 𝑗 = − 4𝜋𝝀𝟐 (2) 𝑳 Biểu diễn phương trình London thành dạng liên quan đến từ trường bên chất siêu ⃗ = 𝑟𝑜𝑡𝐴 dẫn, cảm ứng từ 𝐵 Lấy rot hai vế phương trình (2) sử dụng phương trình Maxwell điện động lực ⃗ = 4𝜋 𝑗 học: 𝑟𝑜𝑡𝐵 𝑐 Thực biến đổi tốn học ta phương trình: - ∇2 ⃗⃗𝐵 = ⃗⃗ 𝐵 𝝀𝟐𝑳 Phương trình có nghiệm B=0 từ trường đồng khơng thể tồn chất siêu dẫn B=const Ở L số đo độ dài thẩm sâu từ trường vào chất siêu dẫn gọi độ thẩm sâu London ➢ Kết luận: kết mô tả với hiệu ứng Meissner lòng chất siêu dẫn mà thực nghiệm qua sát thấy dù hoàn toàn cho chất siêu dẫn loại I IV Lý thuyết BCS Lý thuyết BCS - Ba nhà khoa học Bardeen, Cooper Schrieffer đưa lý thuyết BCS vào năm 1957 giải thích thỏa đáng tất kết thực nghiệm mà lý thuyết trước khơng làm Chúng ta xem xét sơ lược lý thuyết theo quan điểm lượng tử + Có hai kết thực nghiệm để kiểm tra lý thuyết là: Nhiều lý thuyết trước dựa sở điện tử tương tác trực tiếp lẫn thông qua tương tác đẩy Coulomb • Hiệu ứng đồng vị (isotop) cho biết rằng, khối lượng hạt nhân nguyên tử (số neutron) đóng vai trò việc định giá trị nhiệt độ TC Vậy là, tượng siêu dẫn có vai trị dao động mạng chuyển động hạt nhân nguyên tử Như vậy, lý thuyết BCS không dựa đặc trưng tương tác đẩy Coulomb điện tử, mà dựa tương tác hút electron – photon Thực nghiệm cho thấy trạng thái bản, phổ lượng kích thích điện tử kim loại có trạng thái (trạng thái thường) 19 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 thay đổi liên tục đạt giá trị 2Δ trạng thái siêu dẫn (ví dụ siêu dẫn chì (Pb) là: 2Δ m ≈ 3kB TC) Giá trị khe lượng 2Δ gọi khe lượng Như khe lượng sinh vùng bị kích thích Ý nghĩa là: Các trị điện tử trạng thái siêu dẫn tạo thành cặp liên kết phải cần lượng giá trị khe (2Δ) làm tách chúng Cặp Cooper - - Cách xử lý siêu dẫn gợi ý hai electron ghép cặp với khoảng cách cỡ hàng trăm nano mét, gấp hàng nghìn lần khoảng cách phân tử mạng tinh thể Sự kết hợp cặp electron sở lý thuyết siêu dẫn BCS Ảnh hưởng sức hút mạng lưới electron thường đẩy thành cặp lượng liên kết có bậc cỡ MeV đủ sức liên kết chúng thành cặp nhiệt độ thấp + Một electron tương tác với mạng tinh thể gây sóng xung động đường + Một electron khác di chuyển ngược chiều tương tác khoảng cách - Mơ hình cặp Cooper: V Chất siêu dẫn nhiệt độ cao Sơ lược lịch sử phát triển chất siêu dẫn nhiệt độ cao - Siêu dẫn nhiệt độ cao vật lý học, nói đến tượng siêu dẫn mà có nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn từ vài chục Kelvin trở lên Các tượng khám phá từ năm 70, 80 kỉ 19 lý thuyết BCS khơng thể giải thích thành công với chất siêu dẫn cổ điển tìm thấy trước 20 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 - Cột mốc lịch sử đáng ý vào năm 1974, vật liệu gốm siêu dẫn phát với hợp chất BaPb1-xBixO3 (x = 0.25) có TC cực đại cỡ 13 K (≈-260oC) Mặc dù chuyển pha hợp chất không cao mở hướng khai thác mới: o - - - - - Có thể tìm kiếm vật liệu siêu dẫn hợp chất gốm, kim loại hay phi kim Heli với nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn TC không 24 K vịng 75 năm (1911 – 1985) mơi trường để nguyên cứu vật liệu siêu dẫn Việc tồn tính siêu dẫn vùng nhiệt độ Heli hạn chế lớ việc nghiên cứu ứng dụng nhiều phịng thí nghiệm giới, vấn đề tạo Heli lỏng trình phức tạp tốn Ngày 27 tháng 01 năm 1986, hai nhà vật lý K.A.Müller J.G.Bednorz làm việc phịng thí nghiệm hãng IBM Zurich (Thụy Sĩ) công bố tạp chí “Zeitschrift Fur Physik” Đức rằng: “Hợp chất gốm Ba0,75La4,25Cu5O4(3-y) có điện trở giảm mạnh vùng 30 - 35K trở không 12 K Phát minh làm chấn động dư luận toàn giới Một lần nhà khoa học quay lại với phát siêu dẫn có hợp chất gốm (1974) Phát minh Müller Bednorz mở chân trời đầy hy vọng, có sức hấp dẫn lôi đa số nhà vật lý tồn giới, phát súng đại bác mở đầu cho công mạnh mẽ vào lĩnh vực khoa học hoàn toàn mới: “lĩnh vực siêu dẫn nhiệt độ cao” Tiếp sau phát minh Müller Bednorz, năm 1986 nhóm TOKYO xác đinh (La0.85Ba0.15)2CuO4−δ có cấu trúc Perovkite loại K2NiF4TC cỡ 30 K Nhóm Houston nghiên cứu hiệu ứng áp suất cao hợp chất gốm tìm thấy TC tăng cỡ 1K/kbar, đồng thời xác định nhiệt độ bắt đầu chuyển pha cỡ 57 K áp suất 12 kbar Sau kết nhóm Houston- 39 Alabamad thay lượng nhỏ Ba Sr xác định nhiệt độ bắt đầu chuyển pha siêu dẫn T C  42,5K hợp chất (La0.85Ba0.15)2CuO4−δ áp suất thường Nhiều phịng thí nghiệm khác nghiên cứu siêu dẫn nhiệt độ cao giới A&T.Bell, Beijing, Belcore, Argone, Naval Research Laboratory khẳng định kết nghiên cứu Cho đến năm 1991,một số nhà khoa học tìm siêu dẫn cịn có hợp chất hữu KxC60 với nhiệt độ chuyển pha lên đến 28 K Một phát quan trọng vào năm nhà khoa học AT&T tìm thấy siêu dẫn hữu chất C60Rb3 có nhiệt độ TC cỡ 30 K Kết ngạc nhiên lớn cho nhà khoa học, khơng ngạc nhiên siêu dẫn thực tồn trrong chât hữu mà chế siêu dẫn nhiệt độ cao gây lớp Cu-O vật liệu trở nên khơng cịn ý nghĩa Phải chăng, hướng trrong siêu dẫn nhiệt độ cao cần hình thành để giải thích cho tồn siêu dẫn hợp chất gọi “Fullerence” 21 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 - Một phát đáng quan tâm ngày 20/01/1994 nhóm tác giả R.J.Cava cơng bố tìm thấy siêu dẫn hợp chất Intermetallic-LnNi B C (Ln=Y, Tm, Er, Ho, Lu) có nhiệt độ TC = 13-17 K Mặc dù TC hợp chất không cao phát minh quan trọng mở đường tìm kiếm vật liệu siêu dẫn hợp kim liên kim loại (Intermetallic) vật liệu từ - vấn đề mà từ trước đến người ta cho khơng có khả tồn siêu dẫn - Vào năm 2015, nhà nghiên cứu Mikhail Eremets Viện Hóa học Max Planck dẫn đầu báo cáo tạp chí Nature họ phát hiện tượng siêu dẫn 203 độ K H S (một hợp chất hydro lưu huỳnh) nén 155 gigapascal (GPa), gấp triệu lần áp suất khí Trái đất Trong năm tiếp theo, Eremets người khác tăng TC lên đến 250 độ K hợp chất giàu hydro có chứa lanthanum Nhưng giải phóng áp suất, tất hợp chất tan rã - - - - - Dias đồng nghiệp ơng nghĩ họ đẩy TC lên cao cách thêm nguyên tố thứ ba: carbon - nguyên tố tạo liên kết bền chặt với nguyên tử lân cận Họ nạp hạt rắn nhỏ carbon lưu huỳnh trộn với vào tế bào đe kim cương, sau đưa thêm vào ba loại khí: hydro, hydro sulfide methane Sau đó, họ chiếu tia laser màu xanh lục xuyên qua viên kim cương, kích hoạt phản ứng hóa học biến hỗn hợp thành tinh thể suốt Sau đó, họ tăng áp suất lên 148 GPa kiểm tra độ dẫn điện mẫu qua dây dẫn điện, họ phát tinh thể trở nên siêu dẫn 147 độ K Bằng cách tăng áp suất lên 267 GPa, nhóm nghiên cứu đạt TC 287 độ K, nhiệt độ phòng lạnh hầm rượu Các phép đo từ trường cho thấy mẫu trở nên siêu dẫn, Dias đồng nghiệp ơng báo cáo tuần tạp chí Nature "Các kết đáng tin cậy," Erements nói Tuy nhiên, ơng lưu ý nhóm Rochester chưa thể xác định cấu trúc xác hợp chất siêu dẫn Các nhà nghiên cứu sớm bắt tay vào giải câu hỏi họ bắt đầu thay nguyên tố khác hỗn hợp ba thành phần với hy vọng tạo chất siêu dẫn nhiệt độ cao Đây tiền đề để nhà khoa học nghiên cứu thêm tìm chất siêu dẫn nhiệt độ phịng ổn định kể giải phóng áp suất Lý thuyết liên quan đến siêu dẫn nhiệt độ cao - Do đặc điểm vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có cấu trúc gồm mặt tinh thể oxit đồng, nên mơ hình lý thuyết thường tập trung vào giải toán mạng tinh thể oxit đồng khơng gian hai chiều Mơ hình lý thuyết 22 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 đơn giản đề mơ hình Hubbard hai chiều nhằm mô tả cấu trúc tinh thể - Cũng giống tượng siêu dẫn nhiệt độ thấp, nhà vật lý lý thuyết cho nguyên nhân tượng siêu dẫn xuất "cặp điện tử Cooper" Các cặp điện tử khơng cịn tn theo ngun lý loại trừ Pauli tạm hiểu hai điện tử liên kết tạo thành dạng phân tử Bose Do cặp điện tử ngưng tụ lại trạng thái lượng tử nhiệt độ thấp nhiệt độ chuyển pha đó, gần giống tượng ngưng tụ Bose vật lý nguyên tử lạnh Chúng tạo trạng thái lượng tử đồng pha nguyên nhân tượng siêu dẫn Tuy nhiên, để tạo cặp điện tử Cooper ta cần tương tác hút hiệu dụng điện tử, tương tự tương tác "điện tử với phonon" lý thuyết BCS Cho đến nguyên nhân tương tác chưa tìm chưa tất nhà khoa học đồng tình - Từ phát tính chất vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao trạng thái không siêu dẫn, hướng nghiên cứu quan tâm xuất phát từ trạng thái hệ oxit đồng chưa cấy nguyên tử lạ "chất cách điện Mott" Ví dụ lý thuyết RVB Philip Anderson (đoạt giải thưởng Nobel vật lý năm 1977) vào năm 1987, 1988 nhằm giải thích siêu dẫn nhiệt độ cao Lý thuyết đề trạng thái RVB cộng 41 hưởng (hay chồng chập) tất trạng thái mà có liên kết hóa trị điện tử nút tinh thể kề Sau người ta chứng minh trạng thái trạng thái hệ không cấy nguyên tử lạ Nhưng năm cuối thập kỉ 1990, Philip Anderson hoàn thiện lý thuyết cho nồng độ chất cấy ghép vào hệ oxit đồng nguyên nhân khiến trạng thái RVB trở nên bền - Tuy nhiên chưa lý thuyết đủ hồn thiện để giải thích đầy đủ tính chất cấu trúc vật liệu Ngồi tính tốn lý thuyết, phương pháp mơ số đóng vai trị quan trọng Hiện phương pháp DMFTvà phiên mở rộng C-DMFT cho kết phù hợp với thực nghiệm *DMFT: lý thuyết trường trung bình bắt đầu giới thiệu phát triển từ đầu năm 1990 hai nhà vật lý Antoine Georges (Pháp) Gabriel Kotliar (Mỹ) Cho đến nay, lý thuyết dần hoàn chỉnh với phiên CDMFT (Cluster-DMFT) 23 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao điển hình 3.1 Vài nét oxit siêu dẫn - Dấu ấn lịch sử phát siêu dẫn có oxit chất SrTiO3 Schooley, Hooler Cohen tìm thấy năm 1964 với nhiệt độ chuyển pha TC  0.25 K hạt tải điện tử n = 3.1019/cm3 Hiện tượng không nằm khuôn khổ lý thuyết BCS Mười bảy năm sau người ta pha tạp Nb SrTiO3 nâng nồng độ điện tử lên n = 1021/cm3 nhiệt độ chuyển pha TC  1,3 K Chín tháng sau, nhóm Matthias tìm thấy siêu dẫn NaxWO3 với x = 0,3; n = 1022/cm3 TC ≈ 0,57 K Như tượng siêu dẫn xuất trrong nhiều loại ôxit khác với nồng độ electron đủ lớn - Năm 1965 tượng siêu dẫn tìm thấy TiO NbO với nhiệt độ chuyển pha tương ứng 0,65 K 1,25 K - Năm 1973, Johnston đồng nghiệp tìm siêu dẫn có LiTi2O4 với TC = 11 K - Năm 1975, Sleight đồng nghiệp tìm siêu dẫn có hệ perovskite BaPb13 xBixO3 Với x = 0,25 nồng độ hạt tải n = 2,4.1021/cm TC = 11,2 K Điều cho phép dự đốn tìm thấy siêu dẫn nhiều oxit khác Sau người ta thay K+1 vào Ba+2 chất cách điện BaBiO tìm thấy TC  30 K hợp chất Ba-K-Bi-O - Vậy từ năm 1986 trở trước người ta tìm siêu dẫn tồn nhiều oxit kim loại hợp chất chứa oxit đồng 3.2 Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao điển hình chứa Cu Oxy - Từ năm 1988 đến nay, hàng loạt oxit siêu dẫn chứa Cu phát ngồi La(R)214 Y(R)-123 cịn có họ hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao điển hình sau đây: + Bi2Sr2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt Bi-22(n-1)n với n=1,2,3…) + Ti2Ba2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt Tl-22(n-1)n với n=1,2,3…) + HgBa2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt Hg-12(n-1)n với n= 1,2,3…) + CuBa2 Can-1CunO2n+4 (gọi tắt Cu-12(n-1)n với n=1,2,3…) 24 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 - Các vật liệu siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha vượt 120 K cấu trúc chúng đặc biệt hơn, lưu ý nét đặc trưng riêng số loại điển hình phận siêu dẫn nêu Hệ Bi-22(n-1)n - Vật liệu Maeda đồng nghiệp phát vào tháng 1/1988 - Điển hình là: Bi-Sr-Ca-Cu-O (gọi tắt BSCCO system) - Đây loại vật liệu đa pha mà TC  105 K Cấu trúc tinh thể gồm ba pha ứng với n=1,2,3 xác định cấu trúc lớp theo trật tự đặt: BiO2-SrO-CuO2-(Ca)- CuO2…-(Ca)-CuO2-SrO, với n lớp CuO2 ngăn (n-1) lớp Ca Ứng với n=1,2 TC có giá trị cỡ 22 K, 80 K 110 K, có tăng nhiệt độ chuyển pha theo thư tự tăng số lớp n Hệ Tl-22(n-1)n - Do Shung Herman công bố vào cuối năm 1987 - Khi thay nguyên tố phi từ, hóa trị (Tl) cho (R)-123 (TlBa2Cu3Ox) nhận thấy nhiệt độ chuyển pha hợp chất tăng lên xấp xỉ 90 K Tháng năm 1988, Shung Herman thay phần Ca Ba hợp chất Tl-Ba-Ca-Cu-O hay (TBCCO), hợp chất có cấu trúc giống siêu dẫn Bi-2223 với hai lớp kép (TlO2) có TC =90 K, 110 K 125 K n=1,2,3 Hệ Hg-12-(n-1)n - Năm 1991 người ta thay Hg cho Cu sau Putilin đồng nghiệp tạo hợp chất HgBa2CuO4+ δ (n=1) với TC=94 K Schilling đồng nghiệp thay n=2,3 Hg12(n-1)n làm tăng TC =133 K – 134 K áp suất cao 16 Gpa 164 K 30 Gpa - Cấu trúc đặt là: HgOd-BaO-CuO2-(Ca)-CuO2-…- (Ca)-(CuO2)-BO Với n lớp CuO2 ngăn cách (n - 1) lớp Ca, cấu trúc giống với cấu trúc TlBa2Can1CunO2n+ δ Hệ CuBa2Can-1CunO2n+2+δ - Công thức chung: AmX2Can-1CunO2n+m+2+δ với m=1 2, X=Ba Sr, n=1,2,3 tăng theo thay đổi A bảng hệ thống tuần hồn Từ nhóm VB (Bi), nhóm IIIB (Tl) đến nhóm IIB (Hg) bảng hệ thống tuần hồn, có khả làm tăng TC 25 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 cách thay đổi A liên tiếp đến nhóm IB Au Ag TC đạt 124 K hệ Chất siêu dẫn MgB2 - Chẳng chất siêu dẫn magnesium diboride (MgB2) ứng dụng rộng rãi nhờ kỹ thuật nhà nghiên cứu Mỹ phát triển Kỹ thuật giúp họ biến MgB2 thành màng cực mỏng - Năm ngối, nhà nghiên cứu vơ sửng sốt MgB2 dẫn điện nhiệt độ 2340C, cao so với chất siêu dẫn tương tự Tuy nhiên, khó khăn biến chúng thành màng mỏng để sử dụng mạch điện tử siêu dẫn Hiện trở ngại Thiếu Hạnh Tề đồng nghiệp thuộc đại học Pennsylvania State khắc phục - Nhóm nghiên cứu vừa tìm phương pháp đơn giản rẻ tiền để tạo màng mỏng MgB2 chất lượng cao Theo nguyên tắc, mạch tích hợp làm chất bán dẫn hoạt động với hiệu suất cao mạch bán dẫn silicon, mở đường cho công nghệ thông tin tốc độ nhanh Một cơng nghệ thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn (superconducting quantum interference devices SQUIDs) Nó sử dụng để dị từ trường nhỏ, chẳng hạn kỹ thuật hình ảnh cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging - MRI) - Thật không may mạch thiết bị hoạt động nhiệt độ cực thấp Chẳng hạn SQUIDs chế tạo từ niobium, hợp kim phải 45 làm lạnh helium lỏng tới khoảng - 2690C Các đặc tính siêu dẫn bị nhiệt độ cao Do đó, nhà nghiên cứu ln muốn tìm vật liệu trì khả siêu dẫn nhiệt độ cao Vật liệu gốm có tên oxide đồng TC siêu dẫn nhiệt độ cao MgB2 vài độ, song giá thành lại cao MgB2 - Trước có phương pháp sản xuất màng siêu dẫn MgB2 Phương pháp thứ nung nóng màng boron điều kiện có magnesium, tạo cho màng boron có đặc tính siêu dẫn, song lại có bề mặt thô ráp Các thiết bị SQUIDS thường cần nhiều lớp màng chồng lên Vì vậy, bề mặt thô ráp khiếm khuyết nghiêm trọng Phương pháp thứ hai đồng thời ngưng tụ magnesium boron, tạo màng nhẵn song siêu dẫn nhiệt độ thấp Nhóm nghiên cứu ông Tề làm bốc cục magnesium khoảng 7000C Hơi magnesium sau kết hợp với diborane, loại hợp chất dạng khí bao gồm boron hydrogen, mơi trường khí hydrogen áp suất cao Màng MgB2 mỏng hình thành đĩa làm vật liệu cứng 26 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 sapphire hay silicon carbide Chìa khố hydrogen Nó ngăn khơng cho magnesium oxide ảnh hưởng tới màng khả siêu dẫn chúng 3.3 Một số vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao khác - Nhóm nhà khoa học dẫn đầu Artem Oganov Skoltech (Học viện Khoa học kỹ thuật Skolkovo) Viện Vật lý Công nghệ Moscow (MIPT), Ivan Troyan thuộc Viện Tinh thể học thuộc Viện Hàn lâm Nga (RAS) thành công việc tổng hợp thorium decahydride (ThH10), vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, 161 K, tức -1120C - Một tính chất thực đáng ý vật liệu lượng tử siêu dẫn hoàn toàn điện trở điều kiện cụ thể đơi khắc nghiệt Mặc dù có tiềm to lớn cho máy tính lượng tử máy dị có độ nhạy cao, việc ứng dụng chất siêu dẫn bị cản trở đặc tính có giá trị chúng thường có điều kiện nhiệt độ thấp áp suất cực cao - Anthanum decahydride, LaH10, lập kỷ lục −130C, gần với nhiệt độ phịng Thật khơng may, chất siêu dẫn đòi hỏi áp lực tiếp cận tới triệu atm (atmospheres – đơn vị đo áp suất), khó trì ứng dụng thực tế Do đó, nhà khoa học tiếp tục hành trình tìm kiếm chất siêu dẫn giữ lại thuộc tính điều kiện tiêu chuẩn - Vào năm 2018, Alexander Kvashnin, nhà nghiên cứu phịng thí nghiệm Oganov, dự đoán vật liệu thorium polyhydride, hay ThH10, đạt siêu dẫn với nhiệt độ tới −320C, ổn định với áp suất triệu atm Trong nghiên cứu gần đây, nhà nghiên cứu từ Skoltech, MIPT, Viện tinh thể Viện Vật lý Lebedev Viện Hàn lâm Khoa học Nga (RAS) thu thành công ThH10 nghiên cứu tính chất truyền dẫn siêu dẫn - Phát nhóm chứng thực dự đốn lý thuyết, chứng minh ThH10 tồn áp suất 0,85 triệu atm thể tính siêu dẫn nhiệt độ cao đáng kinh ngạc Các nhà khoa học xác định nhiệt độ tới hạn 0,7 triệu atm thấy nhiệt độ -1120C, phù hợp với dự đoán lý thuyết cho giá trị áp suất Điều làm cho ThH10 trở thành chất siêu dẫn nhiệt độ cao kỷ lục 27 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 PHẦN ỨNG DỤNG Máy phát điện siêu dẫn - Máy phát điện siêu dẫn có hình dáng, điều khiển, hoạt động giống tuabin thông thường mặt nguyên lý Sự khác motor siêu dẫn đặt buồng chân khơng quay trịn Chất lỏng Heli (hoặc nitơ lỏng) bơm vào buồng chân khơng lực hướng tâm nhằm trì nhiệt độ motor trạng thái siêu dẫn - Máy phát điện siêu dẫn chứng tỏ tính tốt, hiệu suất cao (tăng lên 99%), giá thành rẻ so với máy phát điện thông thường 300MW Hơn nữa, chúng có kích thước nửa so với máy phát điện thường - Ví dụ dự án EcoSwing triển khai Đan Mạch, máy phát điện siêu dẫn truyền động trực tiếp cho tuabin gió giới + So với vật liệu dẫn điện đồng mật độ cuộn dây siêu dẫn lớn gấp 100 lần, đem lại khả truyền tải mạnh tổn thất lượng + Thiết kế Ecoswing dẫn đến việc giảm đường kính máy phát xuống cịn mét so với 5,4 mét máy phát điện nam châm vĩnh cửu tiêu chuẩn Khối lượng vỏ nhẹ 25% so với máy phát điện nam châm vĩnh cửu có kích thước, khối lượng máy phát điện siêu dẫn giảm đến 40%, độ ồn giảm đến 25% + Máy phát điện siêu dẫn Ecoswing có cơng suất 3MW đạt 650 vận hành Động siêu dẫn - Người ta chế tạo motor siêu dẫn dựa sở hiệu ứng Messner Tính chất motor siêu dẫn gây nên đẩy đường từ thông Khi nam châm trở thành gần đến trạng thái siêu dẫn, chất siêu dẫn đẩy Sức đẩy sử dụng để lái rotor motor điện Các motor siêu dẫn rắn có kích thước cỡ 1/3 kích thước motor thường Sự mát dòng motor siêu dẫn ước tính giảm cỡ 50% so với motor thường Motor siêu dẫn có nhiều ứng dụng cơng nghiệp sản xuất ôtô, loại bom, quạt, máy thổi, máy khí, máy nghiền nhiều phương tiện khác Đệm từ (Bearings) - Trên sở hiệu ứng Meissner, người ta sử dụng chất siêu dẫn để làm đệm từ vi mạch điện tử (MEMS – Dùng mơ tả xác hoạt động thiết bị học, chip với kích cỡ vài micro mét Nhờ hiệu ứng Meissner, đệm từ đẩy từ đường sức từ xa xung quanh Vì vật khơng có ma sát khơng có 28 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 va chạm thành phần với nên đệm từ đạt tốc độ quay cao Đệm từ siêu dẫn tự điều chỉnh cân không cần nguồn nuôi Siêu máy tính: - Một siêu máy tính máy tính vượt trội khả tốc độ xử lý Thuật ngữ Siêu Tính Tốn dùng lần đầu báo New York World vào năm 1920 để nói đến bảng tính (tabulators) lớn IBM làm cho trường Đại học Columbia Siêu máy tính có tốc độ xử lý hàng nghìn teraflop (một teraflop tương đương với hiệu suất nghìn tỷ phép tính/giây) hay tổng hiệu suất 6.000 máy tính đại gộp lại (một máy có tốc độ khoảng từ 33,8 gigaflop) - Các máy tính sử dụng linh kiện chất siêu dẫn có ưu điểm: nhỏ, nhẹ, nhanh, cấu hình mạnh Các mạch điện đóng mở nhanh tích nhỏ Trong máy tính siêu dẫn đường truyền vi mạch siêu dẫn nối với thiết bị bán dẫn Ví dụ tiếp xúc Josephson, cơng tắc siêu dẫn đóng mở pico giây (nhanh gấp 10 lần công tắc bán dẫn) - Siêu máy tính mạnh Fugaku Nhật Bản Được xây dựng Fujitsu, Fugaku lắp đặt Trung tâm Khoa học Máy tính RIKEN (R-CCS) Kobe, Nhật Bản Với phần cứng bổ sung, hệ thống đạt kỷ lục giới với kết 442 petaflop HPL, vượt gấp lần so với hệ thống thứ hai danh sách - Giám đốc RIKEN, Satoshi Matsuoka, cho biết “cuối sử dụng tồn cỗ máy thay phần nhỏ nó” Lị phản ứng nhiệt hạch từ: - Để sử dụng cho thí nghiệm với lị phản ứng nấu chảy từ Nam châm siêu dẫn nhiệt độ thấp sản sinh từ trường lên đến 11 tesla Trạng thái plasma khí gas nóng đưa vào bên từ trường Phản ứng nóng chảy tự xuất plassma nóng lên ngưng đọng lại Sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao làm giảm tổng lượng cần thiết để làm lạnh nam châm đơn giản hóa hệ thống làm lạnh - Lò phản ứng siêu dẫn Tokamak Trung Quốc (EAST) số thiết bị nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân đầy hứa hẹn giới, chúng đạt số bước tiến ấn tượng vài năm qua Các nhà khoa học Trung Quốc đạt kỷ lục giới trì nhiệt độ plasma 120 triệu độ C 101 29 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 giây lần thử nghiệm nhất, tiến gần đến mục tiêu họ theo đuổi lâu sở hữu nguồn lượng vô hạn - Các nhà khoa học Trung Quốc lập kỷ lục giới đạt nhiệt độ plasma 120 triệu độ C cho 101 giây thí nghiệm ngày 28.5.2021, Tân Hoa Xã đưa tin Truyền tải lượng (Electric Power Tranmission): - Nhờ điện trở không tượng siêu dẫn, nên tải điện cáp siêu dẫn có dịng lớn khơng bị hao phí tỏa nhiệt q trình truyền tải - Ví dụ: Dây siêu dẫn làm từ sợi tinh thể sapphire bao phủ hỗn hợp gốm Mỗi sợi dây dày sợi tóc người có khả truyền tải điện lớn Cụ thể khả truyền tải điện gấp 40 lần so với dây đồng truyền thống - Cáp siêu dẫn tải lượng địa nhiệt, lượng điện hydro lượng mặt trời, lượng lấy từ than đá lượng hạt nhân từ nguồn đến trung tâm dân cư sử dụng nơi tiêu thụ Cộng hưởng từ - MRI: - Đây loại máy sử dụng từ trường siêu mạnh nam châm siêu dẫn để kích thích nguyên tử hidro (chủ yếu có nước chất béo thể người) để tăng lên mức lượng Từ thu lại thông tin phản hồi thiết bị đặc biết để khám mô thể người 30 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 - Về phần nguyên tử hidro: Vì hidro nguyên tử đặc biệt có proton nên mơmen từ lớn Hoạt động từ nguyên tử hydro ghi nhận lại phân bố nước mơ (vì hidro cấu tạo nên nước) Ở mơ bị tổn thương có phân bố nước khác với mơ lành Từ đó, ta dễ dàng phân biệt chúng Tàu đệm từ Maglev: - Bằng cách gắn nam châm siêu dẫn hai bên thân tàu, có dịng điện chạy qua nam châm tạo từ trường cực lớn khoảng 4.23 Tesla Khi đó, tàu nâng bổng lên khoảng 10cm đường ray chữ U nhờ lực hút lực đẩy xen kẽ hai cực Nam - Bắc nam châm điện hai bên thành ray sinh nhờ tượng cảm ứng điện từ Cơ chế tương tự, thay nâng tàu lên, lực từ giúp đẩy đoàn tàu tiến phía trước đồn tàu cung cấp vận tốc ban đầu định Điều khiển tốc độ nhờ điều chỉnh biến đổi tần số dòng điện cuộn dây từ đến 50 Hz điều chỉnh tốc độ từ xa trung tâm điều khiển - Nhờ việc không tiếp xúc với đường ray nên không sinh ma sát tàu hỏa truyển thống, từ giới hạn vận tốc xóa bỏ Ví dụ: Tàu đệm từ từ Bắc Kinh đến Thượng Hải có vận tốc lên đến 600km/h (gần vận tốc máy bay) - Hiện nay, tàu đệm từ áp dụng nước tiên tiến giới Mỹ, Nhật, Trung Quốc 31 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 LỜI KẾT Hiện tượng siêu dẫn dù nhiều khuyết điểm việc yêu cầu lớn nhiệt đọ vật liệu môi trường xung quanh Song, phủ nhận ứng dụng rộng rãi vật liệu siêu dẫn đem lại Siêu dẫn môn học lớn, thời gian nguồn kiến thức thức sơ sài chúng tơi nên cịn nhiều vấn đề chưa đề cập đến thiếu sót mặt kiến thức Nhưng qua báo cáo chúng tơi người đọc hiểu thêm kiến thức ứng dụng tượng thú vị Chúng chân thành cảm ơn thầy Đỗ Sỹ Hiếu giúp tiếp xúc với đề tài thú vị 32 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) lOMoARcPSD|12649298 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Huy Sinh (1994) Vật lý siêu dẫn, NXB Giáo dục, Hà Nội [2] Diễn đàn Hội Vật lí Việt Nam: https://vpshvl.org.vn/vi/news/khoa-hoc-cong-nghe/vat-lieusieu-dan-va-ung-dung-76.html [3] Heike Kamerlingh Onnes Facts: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1913/onnes/facts/ [4] https://khoahoc.tv/tuong-lai-se-co-chat-sieu-dan-hoat-dong-trong-dieu-kien-nhiet-do-phong65530 [5] https://ansinhmed.com/mri-la-gi-co-so-ly-thuyet-cau-tao-va-ung-dung-cua-may-chup-conghuong-tu-3197.htm [7] https://nhandan.vn/khoa-hoc/cac-nha-vat-ly-tim-ra-chat-sieu-dan-o-nhiet-do-cao-moi376306/?fbclid=IwAR2NWOu8DerfXux-A260u-DPn_EJXbXKZ21X4LYebncu9tQzSC9gHcDe30 [8] Superconducting generators for wind turbines: Design considerations tác giả: Nenad Mijatovic, A Abrahamsen, Chresten Træholt [9] 210405-ETIPWind-workshop-circularity-Marcos Byrne-Supernode.pdf [10] Winkler_2019_IOP_Conf._Ser. Mater._Sci._Eng._502_012004 33 Downloaded by Khach Hiep (hiepkhachhcm2025@gmail.com) ... lý thuyết liên quan siêu dẫn 18 Entropi trạng thái siêu dẫn trạng thái thường 18 Sự xâm nhập từ trường vào chất siêu dẫn 18 IV Lý thuyết BCS 19 Lý thuyết. .. chất siêu dẫn khơng dẫn điện tốt kim loại thường Nhiều hợp chất siêu dẫn tạo nên từ chất thành phần chất siêu dẫn, Các điểm chung khác hợp kim siêu dẫn, hợp chất siêu dẫn so với chất siêu dẫn. .. liệu siêu dẫn vơ vàng Đó lý để lựa chọn siêu dẫn đề tài để nghiên cứu báo cáo Trong báo cáo này, chúng tơi có trình bày vài nét q trình phát triển lịch sử vật liệu siêu dẫn, lý thuyết khái niệm siêu