English‘LK-99’, được các nhà nghiên cứu trong nước tuyên bố là chất siêu dẫn nhiệt độ và áp suất phòng, đã gây bão cộng đồng khoa học toàn cầu. LK-99 nhận được rất nhiều sự quan tâm không chỉ của giới khoa học mà còn của dư luận. Điều này có nghĩa là chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng sẽ có tác động đáng kể không chỉ đối với cộng đồng khoa học mà còn đối với ngành công nghiệp và nền kinh tế. Giờ đây, khi sóng mạnh do LK-99 gây ra đang dịu dần, cộng đồng khoa học nên nhìn nhận chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng như thế nào?
Vào ngày 1, Nature đã xuất bản một bài báo tách biệt khỏi cuộc tranh cãi về LK-99, nói rằng chất siêu dẫn sẽ mang lại những thay đổi mang tính cách mạng trong lĩnh vực khoa học và cần tăng cường nghiên cứu liên quan. Nature cho biết: “Cuộc tranh cãi về chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng do LK-99 gây ra đã lắng xuống, nhưng chất siêu dẫn vẫn sẽ mang lại những thay đổi mang tính cách mạng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau. Đặc biệt, cần phải cải thiện nhiều đặc tính cũng như nhiệt độ tới hạn mà biểu thị tính siêu dẫn.” được tiết lộ.
Hiện tượng siêu dẫn khiến điện trở trở về “0” và cho phép dòng điện chạy qua mà không bị tổn hao, hiện chỉ xuất hiện khi đáp ứng được các điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định. Nói chung, để hiện tượng siêu dẫn xảy ra, cần phải có nhiệt độ cực thấp gần -270 độ C hoặc áp suất cao hơn hàng chục nghìn lần so với áp suất trong cuộc sống hàng ngày.
Tháng 7 năm ngoái, Viện Nghiên cứu Năng lượng Lượng tử, một công ty trong nước và các nhà nghiên cứu tại Đại học Hanyang tuyên bố đã phát triển được chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, cho biết LK-99, được chế tạo dựa trên chì, có độ siêu dẫn lên tới 127 độ ở áp suất 1 atm. Nếu tuyên bố này là đúng thì đó là một khám phá khoa học to lớn đã lật ngược kết quả nghiên cứu hiện tại về tính siêu dẫn. Tuy nhiên, bài báo do Viện Nghiên cứu Năng lượng Lượng tử xuất bản đã được đăng trên một trang web tiết lộ trước, nơi bất kỳ ai cũng có thể tải bài báo lên mà không cần bình duyệt. Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới ngay lập tức bắt đầu các thí nghiệm để xác minh tính siêu dẫn của LK-99. Tuy nhiên, chưa đầy một tháng sau, kết quả thí nghiệm được công bố trên toàn thế giới cho thấy LK-99 không phải là chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.
Mặc dù LK-99 có vẻ như chỉ là một sự cố thoáng qua nhưng chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng vẫn có tầm quan trọng lớn trong cộng đồng khoa học. Trong phòng thí nghiệm, có thể hạ nhiệt độ đủ để sử dụng chất siêu dẫn, nhưng điều này đòi hỏi chi phí rất lớn và thiết bị phức tạp.
Nature đã trích dẫn ‘Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC)’ do Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) vận hành làm ví dụ điển hình. Bên trong LHC, các proton được gia tốc bằng cách sử dụng một cuộn dây siêu dẫn lắp đặt trong một đường tròn có đường kính 27 km. Để duy trì tính siêu dẫn của cuộn dây, cần có một hệ thống đông lạnh sử dụng 96 tấn helium lỏng để duy trì toàn bộ đường dẫn ở -271 độ C. Nếu chất này có thể được thay thế bằng chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng thì chi phí và thiết bị cần thiết cho các thí nghiệm vật lý hạt có thể được tiết kiệm đáng kể.
Tuy nhiên, Nature nhấn mạnh: “Tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, rất khó để nhanh chóng cách mạng hóa cộng đồng khoa học chỉ bằng cách tăng nhiệt độ tới hạn đại diện cho chất siêu dẫn”.
Ví dụ, để cải thiện hiệu suất của máy tính lượng tử, thiết bị được biết đến rộng rãi nhất sử dụng chất siêu dẫn, dòng điện tới hạn và từ trường tới hạn cũng phải được cải thiện. Hiệu suất của máy tính lượng tử siêu dẫn giảm đáng kể khi nhiệt độ tăng một độ. Điều này cũng áp dụng dưới nhiệt độ tới hạn.
Điều này là do khi nhiệt độ của qubit tăng lên, “các giả hạt” được tạo ra bởi dao động nhiệt sẽ làm giảm độ chính xác của các phép tính lượng tử. Ngay cả khi chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng được phát triển thì vẫn cần có môi trường đông lạnh để sử dụng máy tính lượng tử siêu dẫn.
Nature cho biết: “Tính siêu dẫn không chỉ biến mất khi nhiệt độ tăng mà còn biến mất khi có một lượng dòng điện nhất định chạy qua hoặc khi tiếp xúc với từ trường cao. Ngay cả khi nhiệt độ tới hạn tăng lên, hệ thống nhiệt độ thấp vẫn phải được duy trì.”
Gần đây, nghiên cứu về tính siêu dẫn tập trung vào từ trường hơn là nhiệt độ đang được tiến hành. Năm 2019, Phòng thí nghiệm từ trường cao quốc gia Hoa Kỳ (NHMFL) đã phát triển một chất siêu dẫn có thể tạo ra từ trường cao tới 45,5 Tesla (T). Từ trường này lớn hơn 900.000 lần so với từ trường Trái đất và nếu được sử dụng trong thiết bị chụp cộng hưởng từ (MRI), có thể thu được hình ảnh chẩn đoán với độ phân giải cao hơn 100 lần so với trước đây.
CERN cũng đang có kế hoạch phát triển một thiết bị tăng tốc các hạt có năng lượng lớn hơn bằng cách cải thiện hiệu suất của từ trường. Điều này đòi hỏi từ trường từ 16 đến 18T, nhưng nam châm siêu dẫn niobium-titan hiện đang được sử dụng vẫn ở mức khoảng 8T. Một chất siêu dẫn tạo ra từ trường cực cao cũng cần thiết để chế tạo Máy va chạm Electron-Positron tròn, một máy va chạm đang được Trung Quốc quảng bá.
Nhà nghiên cứu Luca Bottura của CERN cho biết: “Để tăng hiệu suất của máy gia tốc hạt, việc đưa ra các vật liệu siêu dẫn mới là cần thiết”.
Các nhà khoa học trong nước cũng nhấn mạnh nghiên cứu liên quan đến siêu dẫn cần nghiên cứu nhiều mặt hơn là chỉ tập trung vào ‘nhiệt độ’. Seungyong Han, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Điện và Thông tin tại Đại học Quốc gia Seoul, cho biết: “Các ứng dụng của chất siêu dẫn có thể được chia thành truyền tải dòng điện và tạo ra từ trường cao”. ông nói: từ trường cải thiện hiệu suất của phản ứng tổng hợp hạt nhân, xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS).
Kim Chang-young, giáo sư Khoa Vật lý và Thiên văn học tại Đại học Quốc gia Seoul, cho biết: “Trong các ứng dụng chất siêu dẫn thực tế, chất siêu dẫn có dòng điện tới hạn và đặc tính từ trường tới hạn chủ yếu được sử dụng”.
Trong khi thế giới đang cạnh tranh để tìm ra chất siêu dẫn có đặc tính ưu việt thì một số người cho rằng tác động của cuộc tranh cãi LK-99 đối với hoạt động nghiên cứu chất siêu dẫn trong nước là khá tích cực.
Giáo sư Han cho biết, “Một số người trong cộng đồng khoa học coi LK-99 là một nỗ lực mới, không phải gian lận nghiên cứu hoặc thao túng dữ liệu,” và nói thêm, “Với sự cố này, sự đồng thuận đang được tạo ra trong cộng đồng khoa học rằng các phương pháp nghiên cứu chất siêu dẫn mới nên tiến hành”.
Viện Nghiên cứu Năng lượng Lượng tử dự kiến sẽ sớm công bố quan điểm liên quan đến LK-99. Một quan chức tại Viện Nghiên cứu Năng lượng Lượng tử cho biết: “Chúng tôi đang tiếp tục thảo luận với Kim Hyun-tak của Đại học William và Mary ở Hoa Kỳ về tính siêu dẫn của LK-99” và nói thêm, “Chúng tôi dự định sẽ sớm công bố quan điểm của mình. .” Tuy nhiên, tạp chí học thuật quốc tế Nature đã kết luận vào tháng trước rằng ‘LK-99’ không phải là chất siêu dẫn. Ủy ban xác minh của Hiệp hội siêu dẫn và nhiệt độ thấp Hàn Quốc cũng công bố vào cuối tháng trước rằng tính siêu dẫn không được xác nhận do sản xuất LK-99 tại 4 viện nghiên cứu trong nước, bao gồm Đại học Quốc gia Seoul và POSTECH.
