K NI M 100 N M KHÁM PHÁ RA HI N T N G SIÊU D NỈ Ệ Ă Ệ ƯỢ Ẫ Paul Michael Grant (Physics World, tháng 4/2011) K t khi khám phá ra nó cách ây 100 n m tr c , ki n th c c a chúng ta v s siêu d n ã phát tri n qua m t ch ng n g ch ng êm ái gì cho l m. Paul Michael Grant gi i ể ừ đ ă ướ ế ứ ủ ề ự ẫ đ ể ộ ặ đườ ẳ ắ ả thích t i sao hi n t ng p , tao nhã, và sáng giá này ti p t c ngáng chân và làm tiêu tan hi v ng c a các nhà v t lí v t ch t ng ng t ngày nay.ạ ệ ượ đẹ đẽ ế ụ ọ ủ ậ ậ ấ ư ụ >> Xem Ph n 1ầ >> Xem Ph n 2ầ Làm l nh m u ch tạ ẫ ấ Tháng 1 n m 2001, úng m t n m sau bình minh c a thiên niên k m i, Jun Akimitsu thu c tr ng i h c Aoyama-Gakuin Nh t B n ã công b t i m t h i ngh v các oxide ă đ ộ ă ủ ỉ ớ ộ ườ Đạ ọ ở ậ ả đ ố ạ ộ ộ ị ề kim lo i chuy n ti p vi c khám phá ra s siêu d n magnesium diboride (MgBạ ể ế ệ ự ẫ ở 2 ) – m t ch t li u ã c t ng h p thành công l n u tiên g n 50 tr c ó t i Vi n Công ngh ộ ấ ệ đ đượ ổ ợ ầ đầ ầ ướ đ ạ ệ ệ California. Th t ra, Akimitsu và các ng nghi p ang tìm ki m m t cái khác – s ph n s t t - trong ch t li u này, nh ng b t ng tìm th y MgBậ đồ ệ đ ế ộ ự ả ắ ừ ấ ệ ư ấ ờ ấ 2 , ch t có c u trúc x p l p l c ấ ấ ế ớ ụ giác và có th ch t o d ng vi tinh th , tr nên siêu d n nhi t cao b t ng là 39 K. Khám phá trên ã thôi thúc nhi u nhà nghiên c u khác b t tay vào kh o sát ch t li u ể ế ạ ở ạ ể ở ẫ ở ệ độ ấ ờ đ ề ứ ắ ả ấ ệ n gi n này và, trong th p k v a qua, các dây MgBđơ ả ậ ỉ ừ 2 hi u su t cao ã c ng i ta ch t o ra. Th t v y, MgBệ ấ đ đượ ườ ế ạ ậ ậ 2 có t tr ng t i h n (giá tr mà trên ó s siêu d n lo i II bi n ừ ườ ớ ạ ị đ ự ẫ ạ ế m t) cao nh t trong b t kì ch t li u nào, tr YBCO, v i nh ng tính toán cho th y nó v n là ch t siêu d n 4,2 K ngay c khi chu s tác ng c a t tr n g kh ng khi p c ng ấ ấ ấ ấ ệ ừ ớ ữ ấ ẫ ấ ẫ ở ả ị ự độ ủ ừ ườ ủ ế ườ 200 T.độ Hình 3. Các ch t siêu d n có th tìm th y trong m i lo i ng d ng, m t trong nh ng ng d ng n i ti ngnhaats là trong các nam châm l ng c c t i Máy Va ch m Hadron L n ấ ẫ ể ấ ọ ạ ứ ụ ộ ữ ứ ụ ổ ế ưỡ ự ạ ạ ớ ở CERN. C máy va ch m trên có 1232 nam châm nh v y, m i nam châm dài 15 m, g m nh ng cu n dây niobium–titanium siêu d n c làm l nh xu ng t i 1,9 K b ng helium ỗ ạ ư ậ ỗ ồ ữ ộ ẫ đượ ạ ố ớ ằ l ng. Mang dòng i n 13.000 A, nh ng nam châm này t o ra t tr n g c c cao có c ng 8,3 T, giúp lái các proton i vòng quanh c máy va ch m chu vi n 27 km. ( nh: ỏ đệ ữ ạ ừ ườ ự ườ độ đ ỗ ạ đế Ả CERN) Tuy nhiên, còn có m t b c ngo c thú v trong câu chuy n trên. N m 1957, các nhà hóa h c Robinson Swift và David White t i tr ng i h c Syracuse New York ã o ộ ướ ặ ị ệ ă ọ ạ ườ Đạ ọ ở đ đ nhi t c tr ng m ng c a MgBệ đặ ư ạ ủ 2 gi 18 K và 305 K xem nó có ph thu c vào bình ph ng c a nhi t gi ng nh nh ng c u trúc phân l p khác hay không. K t qu c a h , ữ để ụ ộ ươ ủ ệ độ ố ư ữ ấ ớ ế ả ủ ọ cho th y không có s ph thu c vào Tấ ự ụ ộ 2 , c công b trên T p chí c a H i Hóa h c M, không th hi n b ng th mà th hi n b ng bi u b ng. Khi d li u c a h c phân đượ ố ạ ủ ộ ọ ĩ ể ệ ằ đồ ị ể ệ ằ ể ả ữ ệ ủ ọđượ tích l i sau s công b h i n m 2001 c a Akimitsu và v d ng th, Paul Canfield và Sergei Bud'ko t i tr ng i h c Bang Iowa (c ng nh tác gi bài vi t này, làm vi c cạ ự ố ồ ă ủ ẽở ạ đồ ị ạ ườ Đạ ọ ũ ư ả ế ệ độ l p nhau), b t ng tìm th y m t d th n g nhi t c tr ng nh g n 38-39 K, cho th y s b t u c a s siêu d n.ậ ấ ờ ấ ộ ị ườ ệ đặ ư ỏở ầ ấ ự ắ đầ ủ ự ẫ Câu h i t ra nh sau: n u nh các nhà hóa h c Syracuse v th d li u c a h và trình bày nó tr c các ng nghi p v t lí, thì ph i ch ng lch s c a s siêu d n t gi a ỏ đặ ư ế ư ọ ẽđồ ị ữ ệ ủ ọ ướ đồ ệ ậ ả ă ị ử ủ ự ẫ ừ ữ th k 20 ã phát tri n theo m t l trình khác? Theo tôi, có kh n ng là m i kim lo i chuy n ti p niobium, thí d nh các h p kim niobium–titanium dùng trong các nam châm siêuế ỉ đ ể ộ ộ ả ă ọ ạ ể ế ụ ư ợ d n t i Máy Va ch m Hadron L n c a CERN, s không bao gi c n thi t, ho c th m chí c phát tri n y (hình 3). Các nam châm t tr ng cao s c ch t o t ẫ ạ ạ ớ ủ ẽ ờ ầ ế ặ ậ đượ ể đầ đủ ừ ườ ẽđượ ế ạ ừ MgB 2 và có l c nh ng dây cáp i n siêu d n và n g c quay ch t o t ch t li u bình th ng này ã c s d ng ngày nay.ẽ ả ữ đệ ẫ độ ơ ế ạ ừ ấ ệ ườ đ đượ ử ụ Bài h c rút ra th t rõ ràng: n u b n ngh b n có m t kim lo i m i (ho c c ) có nh ng tính ch t c u trúc ho c hóa tính khác th ng, nh cái Holst, Bednorz và Akimitsu ã làm – ọ ậ ế ạ ĩ ạ ộ ạ ớ ặ ũ ữ ấ ấ ặ ườ ư đ b n hãy làm l nh nó. Th t v y, Claude Michel và Bernard Raveau t i tr ng i h c Caen Pháp ã ch t o 123 h p ch t ng oxide tr c Chu n b n n m, nh ng vì khôngạ ạ ậ ậ ạ ườ Đạ ọ ở đ ế ạ ợ ấ đồ ướ đế ố ă ư có thi t b ông l nh trong phòng thí nghi m c a h - và vì do nh n th y khó mà có c quy n s d ng nh ng c s khác trong h th ng y ban nghiên c u qu c gia Pháp – ế ị đ ạ ệ ủ ọ ậ ấ đượ ề ử ụ ữ ơ ở ệ ố ủ ứ ố nên h ã b l c h i t th c hi n các khám phá.ọđ ỏ ỡ ơ ộ ự ự ệ S siêu d n c x p vào m t trong nh ng cái t i h u v cái p , tao nhã, và sâu s c, c v lí thuy t l n th c nghi m, trong s m i ti n b trong ngành v t lí v t ch t ng ng t ự ẫ đượ ế ộ ữ ố ậ ề đẹ ắ ả ề ế ẫ ự ệ ố ọ ế ộ ậ ậ ấ ư ụ trong th k 20, m c dù cho n nay ng i ta ch tìm th y vài ba ng d ng có s thâm nh p vào cu c s ng. Tuy nhiên, khuôn kh BVS n n t ng c a s siêu d n d ng nh ã ế ỉ ặ đế ườ ỉ ấ ứ ụ ự ậ ộ ố ổ ề ả ủ ự ẫ ườ ưđ ch m sâu sâu vào ph n lõi bên trong c a các sao neutron, v i s ghép c p c a các quark fermion tính trong m t tr ng gluon boson tính ang chu nhi t chuy n ti p trong ạ ầ ủ ớ ự ặ ủ ộ ườ đ ị ệ độ ể ế ng ng 10ưỡ 9 K. M t th k sau Leiden, nói theo l i c a Ella Fitzgerald thì “B n còn có th òi h i gì n a ch ?’ộ ế ỉ ờ ủ ạ ểđ ỏ ữ ứ Paul Michael Grant (W2AGZ Technologies, San Jose, California, M)ĩ . t c tr ng nh g n 38 -39 K, cho th y s b t u c a s siêu d n.ậ ấ ờ ấ ộ ị ườ ệ đặ ư ỏở ầ ấ ự ắ đầ ủ ự ẫ Câu h i t ra nh sau: n u nh các nhà hóa h c Syracuse v th d li u c a h và trình bày nó tr c. trên có 1 232 nam châm nh v y, m i nam châm dài 15 m, g m nh ng cu n dây niobium–titanium siêu d n c làm l nh xu ng t i 1,9 K b ng helium ỗ ạ ư ậ ỗ ồ ữ ộ ẫ đượ ạ ố ớ ằ l ng. Mang dòng i n 13. 000 A,. c a t tr n g kh ng khi p c ng ấ ấ ấ ấ ệ ừ ớ ữ ấ ẫ ấ ẫ ở ả ị ự độ ủ ừ ườ ủ ế ườ 200 T.độ Hình 3. Các ch t siêu d n có th tìm th y trong m i lo i ng d ng, m t trong nh ng ng d ng n i ti ngnhaats