Các chất siêu dẫn

Chất siêu dẫn là loại vật liệu dẫn điện mà không có điện trở. Khi ta cho một dòng điện chạy qua một dây dẫn, ví dụ một dây đồng, ta luôn gặp một điện trở, điện trở đó làm electron chuyển động chậm lại đồng thời làm dây dẫn nóng lên. Các thiết bị như máy nướng bánh, lò sưởi trong tàu vũ trụ, chăn điện hoạt động bằng sức nóng của điện trở. Tuy nhiên, đối với các linh kiện điện tử dùng trong computer thì việc tránh hoàn toàn sự nóng lên khi làm việc là một vấn đề rất cấn thiết và rất lớn. Điện trở của các linh kiện luôn làm giảm tốc độ tính toán của các máy tính. Nếu có được tính các mạch điện tử siêu dẫn thì vấn đề sẽ được giải quyết. Một tính chất quan trọng của chất siêu dẫn là nhiệt độ tới hạn của nó. Nhiệt độ tới hạn T _clà nhiệt độ tại đó vật liệu siêu dẫn đạt được điện trở bằng không. Ở những nhiệt độ lớn hơn T _ccác vật liệu mất đi các tính chất siêu dẫn của chúng. Đáng tiếc là cho đến nay người ta chỉ có các vật liệu siêu dẫn mà T _ccủa chúng vô cùng thấp: Các chất siêu dẫn đầu tiên con người có được đều có T _cxung quanh nhiệt độ không tuyệt đối, tức là gần OK hay –273 độ C. Để các vật liệu đó có được tính siêu dẫn người ta phải bảo quản chúng ở nhiệt độ 4K bằng chất heli lỏng. Giá thành rất cao và sự bất tiện của việc dùng heli lỏng đã hạn chế khả năng sử dụng của các chất siêu dẫn đã biết.

Gần đây, người ta đã chế tạo được các chất có nhiệt độ tới hạn cao hơn, ví dụ chất TI ₂Ca ₂Ba ₂Cu ₃O ₁₀có T _c= 125K. Với chất đó người ta có thể dùng nitơ lỏng thay cho heli lỏng để bảo quản nó. Nitơ lỏng sôi tại nhiệt độ 77K và không đắt như heli lỏng.

Mặc dù các chất siêu dẫn mới chế tạo được như chất đã nêu hứa hẹn một kỹ thuật tiên tiến mới nhưng sự sử dụng chúng vẫn còn rất hạn chế. Với chất siêu dẫn có T _c= 125K ta không thể sử dụng nó trong công nghệ được. Vì vậy, ngày nay người ta đang cố gắng tìm tòi, nghiên cứu để tạo được các chất siêu dẫn có T _cgần với nhiệt độ phòng. Nếu có được các chất siêu dẫn như thế thì tốc độ và hiệu quả của các máy tính sẽ tăng lên một cách khủng khiếp. Rất tiếc là cho đến nay các chất siêu dẫn mới có T _ccao lại rất giòn, không thể sử dụng được vào các mục đích kỹ thuật.

Ngoài tính chất dẫn điện không có điện trở các chất siêu dẫn còn có đặc tính đáng chú ý khác: Chúng là các chất nghịch từ. Một chất nghịch từ là một vật liệu có khả năng đẩy được từ trường với một lực đúng bằng lực của từ trường tác dụng đẩy nó.

Vì vậy, tính nghịch từ có thể tạo nên một hiện tượng mà ta gọi là hiện tượng bay lơ lửng. Hiện tượng này được minh hoạ bằng hình vẽ khi để một nam châm nhỏ bằng đồng xu trên một đĩa bằng vật liệu siêu dẫn lạnh. Ta thấy nam châm lơ lửng phía trên bề mặt đĩa. Từ đó người ta nảy ra ý tưởng chế tạo một chất siêu dẫn có nhiệt độ tới hạn cao để nó có thể bay được trên từ trường. Mặc dù các chất siêu dẫn như vậy cho đến nay còn chưa được phát minh, nhưng chúng ta hãy tin rằng một ngày không xa các nhà khoa học sẽ chế tạo được và ước mơ chế tạo được các con tàu siêu tốc bay trên đường ray cũng như các máy vi tính siêu tốc sẽ được thực hiện.