Chất siêu dẫn là gì và vì sao các nhà khoa học trên thế giới hoài nghi về LK-99?

Chất siêu dẫn là vật liệu cho phép dòng điện chạy qua mà không có điện trở, một đặc tính sẽ cách mạng hóa lưới điện khi năng lượng bị thất thoát trong quá trình truyền cũng như các lĩnh vực tiên tiến như chip điện toán, nơi điện trở đóng vai trò giới hạn tốc độ.

Xuất hiện trên arXiv - trang web thường được các nhà khoa học sử dụng để chia sẻ nghiên cứu trước khi bình duyệt và xuất bản chính thức, hai bài viết đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới xem xét kỹ hơn nội dung. Trong số đó có ít nhất hai phòng thí nghiệm quốc gia ở Mỹ và ba trường đại học Trung Quốc.

Các vật liệu siêu dẫn tồn tại ở những nơi như máy chụp cộng hưởng từ để chụp ảnh y tế và một số máy tính lượng tử, nhưng chỉ thể hiện đặc tính siêu dẫn ở nhiệt độ cực thấp, khiến chúng không thực tế để sử dụng rộng rãi.

Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc tuần trước cho biết đã tìm thấy một chất siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ phòng - từ lâu là mục tiêu đáng mơ ước với các nhà khoa học trong lĩnh vực này.

Nhóm nhà nghiên cứu Hàn Quốc cũng công bố một công thức chế tạo "chất siêu dẫn", được đặt tên là LK-99, liên quan đến việc sử dụng một loại khoáng chất tương đối phổ biến có tên apatite chì và thêm vào một số lượng nhỏ nguyên tử đồng.

Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã xuất bản hai bài viết, bài đầu tiên với 3 tác giả và bài thứ hai chi tiết hơn với 6 tác giả (chỉ có 2 trong 3 tác giả từ bài đầu tiên). Không ai trong số các tác giả này trả lời câu hỏi của hãng tin Reuters.

Các nhà vật lý được Reuters phỏng vấn nói tin tốt là không có định luật vật lý nào nói rằng chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng không thể tồn tại và vật liệu mà nhóm nghiên cứu Hàn Quốc mô tả rất dễ phát triển. Điều này đồng nghĩa các nhà nghiên cứu khác có thể bắt đầu thu được kết quả từ tuần này.

Tiêu chuẩn vàng để chứng minh việc phát hiện ra một chất siêu dẫn thực tế có thật hay không là các phòng thí nghiệm khác tái tạo lại thí nghiệm của nhóm nghiên cứu Hàn Quốc.

Những ngày gần đây, các nhà nghiên cứu từ ít nhất ba trường đại học Trung Quốc cho biết đã sản xuất các phiên bản của LK-99 với kết quả khác nhau. Một nhóm từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung đã đăng video nhằm mục đích cho thấy vật liệu này bay lên trên nam châm. Điều này rất quan trọng vì các chất siêu dẫn thực sự có thể lơ lửng trên nam châm theo bất kỳ hướng nào mà không quay như la bàn.

Nhóm khác từ Đại học Sư phạm Khúc Phụ cho biết không quan sát thấy điện trở bằng 0, một trong những đặc điểm bắt buộc của chất siêu dẫn. Nhóm thứ ba từ Đại học Đông Nam cho biết đo được điện trở bằng 0, nhưng chỉ ở nhiệt độ 110 Kelvin (-163 độ C).

Hôm 3.8, các chuyên gia Hàn Quốc tuyên bố sẽ thành lập một ủy ban để xác minh các tuyên bố về chất siêu dẫn từ các nhà nghiên cứu nước này.

Eric Toone, nhà khoa học trở thành người đầu tư tại tổ chức Breakthrough Energy Ventures của Bill Gates, cho biết ông đang theo dõi mọi nỗ lực tái tạo kết quả và đánh giá ngang hàng của các phòng thí nghiệm danh tiếng.

Eric Toone nói: “Các phép đo cần thiết để xác minh tính siêu dẫn là rất khó thực hiện. Nếu đúng, điều này hoàn toàn thay đổi cuộc chơi, nhưng cho đến khi có thêm sự xác thực, chúng ta chỉ có thể kiên nhẫn chờ đợi”.

"Bạn có thể bị lừa"

Tin xấu có thể xảy ra với LK-99 là lĩnh vực siêu dẫn chứa đầy những vật liệu ban đầu rất hứa hẹn nhưng thất bại khi được xem xét kỹ lưỡng. Một số nhà nghiên cứu thậm chí đã đặt cho chúng một cái tên thú vị - các vật thể siêu dẫn chưa xác định (USOs).

"Chúng tôi gọi chúng là USOs. Đã có một lịch sử lâu dài về USOs từ rất lâu trước đây, kể cả một số người rất nổi tiếng nghĩ rằng họ có chất siêu dẫn nhưng thực tế thì không phải. Điều này giống như bất kỳ thứ gì trong khoa học - bạn có thể bị lừa. Ngay cả những người giỏi cũng có thể bị lừa", Mike Norman, nhà vật lý vật chất ngưng tụ tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne (Mỹ), nói.

Mike Norman cho rằng bài viết gốc của các nhà nghiên cứu Hàn Quốc có vấn đề. Có lỗi đánh máy khi vội vàng đăng tải nghiên cứu, nhưng điều đáng lo ngại hơn là thiếu dữ liệu trên phạm vi nhiệt độ rộng để cho thấy vật liệu hoạt động như thế nào khi ở trạng thái siêu dẫn và khi không phải.

Mike Norman lý giải: “Người ta thường sử dụng phương pháp đó để chỉ ra bao nhiêu phần trăm của mẫu thực sự là chất siêu dẫn và không phải”.

Các nhà nghiên cứu khác cũng tìm thấy lý do để thận trọng. Sinéad Griffin, nhà vật lý chất rắn và nhà khoa học ở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Mỹ), đã sử dụng siêu máy tính của Bộ Năng lượng Mỹ để mô phỏng vật liệu được các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đề xuất.

Sinéad Griffin phát hiện ra rằng việc đưa các nguyên tử đồng vào apatite chì khiến các nguyên tử của vật liệu này sắp xếp lại theo một cách không mong đợi giống với các chất siêu dẫn hiện có. Thế nhưng, hiệu ứng đó phụ thuộc vào việc các nguyên tử đồng được đặt vào vị trí mà chúng không muốn đi vào, điều này có thể khiến việc sản xuất vật liệu số lượng lớn trở nên khó khăn hơn.

Sinéad Griffin cảnh báo rằng mô phỏng của bà có giới hạn, không thể chứng minh một cách thuyết phục rằng vật liệu này là chất siêu dẫn và công việc mô phỏng giả định rằng các nhà nghiên cứu có thể đặt các nguyên tử đồng vào apatite chì với độ chính xác hoàn hảo. Trong thế giới thực, điều đó khó xảy ra và có thể ảnh hưởng lớn đến vật liệu.

Michael Fuhrer, giáo sư vật lý tại Đại học Monash (Úc), cho biết ngay cả khi LK-99 trở thành chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng thì vẫn cần thời gian để xác định mức độ hữu ích của nó. Michael Fuhrer cho biết không có dữ liệu nào về khả năng vật liệu có thể truyền điện dòng điện qua mà vẫn duy trì tính siêu dẫn, đây là câu hỏi quan trọng để cải thiện lưới điện.

Tuy nhiên, Michael Fuhrer và các nhà vật lý khác nói những kết quả này rất đáng để nghiên cứu, xét đến tất cả những điều còn chưa biết về chất siêu dẫn và khả năng chúng có thể được phát hiện một cách tình cờ trong một loại vật liệu thông thường.

"Có rất nhiều khoáng chất ngoài kia mà chúng ta chưa khám phá. Dường như có một số điều rất thú vị ẩn trong những khoáng chất này", Mike Norman nói.