Nhiều dự án lắp đặt cáp điện siêu dẫn đã được hiện thực hóa ở nhiều Quốc gia đã minh chứng rằng ứng dụng chất siêu dẫn cho đường dây điện là hoàn toàn khả thi, Việc này sẽ giúp tiết kiệm điện năng, đáp ứng nhu cầu điện ngày càng lớn của thế giới.
Chất siêu dẫn có điện trở = 0, khả năng dẫn điện hoàn hảo. Có được thành tựu siêu dẫn ngày nay là nhờ các nghiên cứu lịch sử của các nhà khoa học khắp thế giới, và đây là các cột mốc đáng nhớ nhất.
Lịch sử chất siêu dẫn
1. Năm 1911
Hiện tượng siêu dẫn lần đầu tiên được quan sát thấy trong thủy ngân bởi nhà vật lý người Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes, Đại học Leiden. Khi ông làm lạnh thủy ngân đến nhiệt độ của helium lỏng 4°K (-269°C, cũng bởi ông nghiên cứu), điện trở của thủy ngân đột nhiên biến mất. Sau đó, vào năm 1913, ông đã giành được giải Nobel vật lý cho nghiên cứu của mình trong lĩnh vực này.
2. Năm 1933
Cột mốc quan trọng tiếp theo là vào năm 1933. Hai nhà nghiên cứu người Đức Walther Meissner và Robert Ochsenfeld (ở trên) đã phát hiện ra rằng một vật liệu siêu dẫn sẽ đẩy lùi một từ trường, đơn giản là nam châm có thể lơ lửng phía trên vật liệu siêu dẫn (hiệu ứng Meissner).
Khi thả một nam châm lên một vật liệu siêu dẫn, do sự di chuyển của nam châm, từ thông qua bề mặt vật liệu sẽ biến thiên, làm xuất hiện dòng điện Foucault (dòng điện xoáy). Theo định luật Lenz, dòng này có xu hướng chống lại nguyên nhân tạo ra nó (trong trường hợp này là sự chuyển động). Thông thường dòng điện này yếu đi do điện trở, nhưng vì vật liệu siêu dẫn không có điện trở, dòng này không bị suy giảm. Khi dòng điện vẫn duy trì cường độ, lực kháng cự lại sự di chuyển của nam châm cũng không suy giảm và khiến nam châm lơ lửng- Theo wiki.
3. Năm 1941
Trong những thập kỷ tiếp theo, các kim loại, hợp kim và hợp chất siêu dẫn khác đã được phát hiện.
- Năm 1941 niobi-nitride (NbN) đạt siêu dẫn ở 16K.
- Năm 1953 vanadi-silicon thể hiện tính chất siêu dẫn ở 17,5K.
- Vào năm 1962, các nhà khoa học tại Westinghouse đã phát triển dây siêu dẫn thương mại đầu tiên, một hợp kim của niobi và titan (NbTi).
Các nam châm điện máy gia tốc hạt, năng lượng cao được làm bằng niobi-titan bọc đồng sau đó được phát triển vào những năm 1960 tại Phòng thí nghiệm Rutherford-Appleton ở Anh và lần đầu tiên được sử dụng trong một máy gia tốc siêu dẫn tại Fermilab Tevatron ở Mỹ vào năm 1987.
4. Năm 1957
Lý thuyết đầu tiên được chấp nhận rộng rãi về hiện tượng siêu dẫn đã được nâng cao vào năm 1957 bởi các nhà vật lý người Mỹ John Bardeen, Leon Cooper và John Schrieffer, lý thuyết BCS và giúp họ giành giải Nobel vào năm 1972.
Lý thuyết BCS đã giải thích hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ gần bằng 0K đối với các nguyên tố và hợp kim đơn giản. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn và với các hệ thống siêu dẫn khác nhau, lý thuyết BCS là không đủ để giải thích đầy đủ cách thức xảy ra hiện tượng siêu dẫn.
5. Năm 1962
Một tiến bộ lý thuyết đáng kể khác đến vào năm 1962 khi Brian D. Josephson, một sinh viên tốt nghiệp tại Đại học Cambridge, dự đoán rằng dòng điện sẽ chạy giữa 2 vật liệu siêu dẫn ngay cả khi chúng được ngăn cách bởi vật liệu không siêu dẫn hoặc chất cách điện.
Dự đoán của ông sau đó đã được xác nhận và mang lại cho ông một phần giải thưởng Nobel Vật lý năm 1973. Đây được gọi là “hiệu ứng Josephson” và đã được ứng dụng cho các thiết bị điện tử như SQUID, một thiết bị có khả năng phát hiện ngay cả những từ trường yếu nhất.
Những năm 1980 là một thập kỷ khám phá vô song trong lĩnh vực siêu dẫn. Năm 1964, Bill Little của Đại học Stanford đã đề xuất khả năng của các chất siêu dẫn hữu cơ (dựa trên cacbon). Chất siêu dẫn lý thuyết đầu tiên được tổng hợp thành công vào năm 1980 bởi nhà nghiên cứu Đan Mạch Klaus Bechgaard thuộc Đại học Copenhagen và 3 thành viên trong nhóm người Pháp.
6. Năm 1986
Vào năm 1986, một khám phá thực sự mang tính đột phá đã được thực hiện trong lĩnh vực chất siêu dẫn. Alex Müller và Georg Bednorz (ở trên), các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu IBM ở Rüschlikon, Thụy Sĩ, đã tạo ra một hợp chất gốm giòn, siêu dẫn ở nhiệt độ cao nhất lúc đó: 30K (-243°C). Điều khiến khám phá này trở nên đáng chú ý là gốm sứ thường là chất cách điện.
Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã không coi chúng là chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Hợp chất lantan, bari, đồng và oxy mà Müller và Bednorz tổng hợp, hoạt động theo một cách chưa được hiểu rõ.
Bài báo gốc được in trong Zeitschrift für Physik Condensed Matter, tháng 4 năm 1986 về việc khám phá ra đồng oxit siêu dẫn (cuprat) đầu tiên này đã mang về cho 2 người giải Nobel vào năm sau. Sau đó, người ta phát hiện ra rằng một lượng nhỏ vật liệu này thực sự là siêu dẫn ở 58K, do một lượng nhỏ chì đã được thêm vào làm chất chuẩn hiệu chuẩn.
7. Những năm sau đó
Khám phá của Müller và Bednorz đã tạo ra hàng loạt các nghiêm cứ trong lĩnh vực siêu dẫn. Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã bắt đầu “xào nấu” để tìm kiếm chất siêu dẫn ở nhiệt độ ngày càng cao.
- Vào tháng 1 năm 1987, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Alabama-Huntsville đã thay thế yttrium cho lantan trong nghiên cứu của Müller và Bednorz và đạt siêu dẫn ở 92K (-181°C).
- Lần đầu tiên một vật liệu (ngày nay được gọi là YBCO) đã được tìm thấy có thể siêu dẫn ở nhiệt độ ấm hơn Nitơ lỏng.
Trong hơn 20 năm sau đó, đồng oxit thủy ngân đã giữ kỷ lục về nhiệt độ siêu dẫn cao nhất ở 138K (-135°C).
- Mặc dù cộng đồng khoa học tiếp tục cho rằng chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng (RTS) vẫn chưa đạt được, Superconductors.ORG đã báo cáo việc phát hiện ra chất siêu dẫn ở nhiệt độ 209°C và 216°C. Công thức hóa học là Sn(11) SbTe(10) Ba(2) V(2) Mg(22) O(46+) và Sn(12) SbTe(11) Ba(2) V(2) Mg(24) O(50+) tương ứng.
Sản xuất chất siêu dẫn
Công ty đầu tiên ứng dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao là Illinois Superconductor (ngày nay được gọi là ISCO International), được thành lập vào năm 1989. Sự kết hợp giữa chính phủ, công nghiệp tư nhân và lợi ích học thuật này đã giới thiệu một cảm biến độ sâu cho thiết bị y tế có thể hoạt động ở nhiệt độ nitơ lỏng (-196°C).
