Tương lai sẽ có chất siêu dẫn hoạt động trong điều kiện nhiệt độ phòng

Các nhà khoa học phát hiện ra rằng H2S (Hydro sunfua), một hợp chất khí ở điều kiện nhiệt độ bình thường, rất độc và có mùi trứng thối, sẽ trở thành chất siêu dẫn khi hạ nhiệt độ của nó xuống -70°C (203°K). Nhiệt độ -70°C là ấm hơn rất nhiều so với các chất siêu dẫn khác vốn đòi hỏi việc hạ nhiệt độ xuống âm hàng trăm độ C. Báo cáo này đã được công bố trên tạo chí Nature.

Dùng Hydro Sunfua (H2S) làm chất siêu dẫn, tương lai có thể siêu dẫn ở nhiệt độ thường

Việc này đặt một bước tiến lịch sử hướng tới phương pháp tìm ra một chất siêu dẫn hoạt động được ngay trong điều kiện nhiệt độ phòng. Nó làm các nhà khoa học nghiên cứu dự án này đang rất phấn khích.

Hình minh họa: Chất siêu dẫn ở nhiệt độ âm có thể dùng để nâng vật khác.

Do hiện nay chất siêu dẫn cần phải được làm siêu lạnh mới hoạt động được, vốn là điều kiện mà ko phải người bình thường nào cũng đạt được, việc chế tạo được chất siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ phòng sẽ làm cho các thiết bị điện hiện nay truyền tải hiệu quả hơn, cũng là một cú hích giúp tạo ra những loại nam châm khổng lồ sử dụng trong các máy ảnh y tế. Trong một bài viết trên Nature, Igor Mazin ở phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân ở Washington DC, Mỹ mô tả rằng việc phát hiện khả năng siêu dẫn của H2S giống như tìm được "chén thánh của chất siêu dẫn". Nhà vật lý Fan Zhang ở đại học Texas, Dallas cũng đồng quan điểm với ý kiến này, ông nói đây là cột mốc lịch sử và sẽ tiến xa hơn rất nhiều.

Cấu trúc phân tử của hydro sunfua​

Đây là kết quả nghiên cứu của Mikhail Eremets, Alexanders Drozdov và các cộng sự ở Viện hóa học Max Planck ở Mainz, Đức. Các nhà khoa học này đưa ra giả thiết rằng khi nén Hydro sunfua ở áp suất cực lớn, khoảng 1,5 triệu atmosphere (150 giga pascal) đồng thời hạ nhiệt độ của chúng xuống âm 70°C (203 độ Kelvin), hiện tượng siêu dẫn sẽ xảy ra: H2S không còn điện trở và hiệu ứng Meissner. Meissner là hiện tượng xảy ra khi vật liệu siêu dẫn được đặt trong một vùng từ trường trong khi bên trong nó không có từ trường. Thực nghiệm hiệu ứng Meissner là đặt một vật kim loại trên mặt một vật liệu siêu dẫn thì nó sẽ bay lơ lửng.

Các nhà khoa học khác đều rất phấn khích với phát hiện này, theo họ việc phát hiện khả năng siêu dẫn của H2S dẫn tới khả năng sử dụng vật liệu siêu dẫn không cần hợp chất chứa đồng (gọi là cuprates) vốn có nhiệt độ hiện tượng siêu dẫn khoảng - 140°C ở áp suất thông thường và - 109°C ở áp suất cao. Tuy nhiên, đối với khoa học thì lý thuyết của Eremets và cộng sự vẫn chưa chính xác cho tới khi có thực nghiệm cụ thể. Phải chờ đến khi họ thực nghiệm với H2S và xác nhận rằng hiệu ứng Meissner có xảy ra.

Hiện tượng Meissner. Ván trượt Hoverboard của Lexus cũng hoạt động trên nguyên lý này​

Nếu lý thuyết của nhà khoa học Eremets và cộng sự là đúng, các hợp chất của hydro sẽ trở thành ứng cử viên mới cho việc chế tạo chất siêu dẫn. Ví dụ, các nhà nghiên cứu từng đưa ra lý thuyết rằng ngoài H2S còn có hợp chất giữa hydro với bạch kim, hydro với kali, hydro với selen hoặc tellurium, thay vì lưu huỳnh.

Tiến sĩ Zhang ở đại học Dallas và Yugui Yao ở Viện khoa học Bắc Kinh cho rằng nếu thay thế 7,5% lưu huỳnh trong hợp chất H2S bằng phốt-pho và nâng áp suất lên 2,5 triệu atmosphere (250 giga pascal), chúng ta có thể tạo ra hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ 280K, tương đương với 6,85°C, tức là thậm chí không cần phải làm lạnh các hợp chất tới nhiệt độ âm.