Miscellaneous

Áp suất biến đổi hợp chất ‘ lỏng’ theo những cách kỳ lạ

A close up of a flower Description automatically generated with low confidence

Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng những điều đáng chú ý đã xảy ra khi một hợp chất “lỏng” của mangan và sulfua (MnS2) được nén trong một chiếc đe kim cương.

Ashkan Salamat, phó giáo sư vật lý tại Đại học Nevada, Las Vegas, cho biết: “Đây là một kiểu cơ chế chuyển giao năng lượng mới, và vì vậy theo quan điểm của cộng đồng khoa học thì điều này rất, rất thú vị”.

Ví dụ, khi áp suất tăng lên, MnS2, một chất cách điện mềm, chuyển sang trạng thái kim loại và sau đó lại trở thành chất cách điện, các nhà nghiên cứu mô tả trong một bài báo đăng trên tạp chí Physical Review Letters.

“Thực tế là vật liệu này đi từ chất cách điện sang kim loại và trở lại chất cách điện là rất hiếm.”

Ranga Dias, trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí và vật lý, và thiên văn học tại Đại học Rochester cho biết: “Kim loại thường vẫn là kim loại, rất khó có khả năng chúng có thể được thay đổi trở lại thành chất cách điện. Thực tế là vật liệu này đi từ chất cách điện sang kim loại và trở lại chất cách điện là rất hiếm.”

Hơn nữa, sự chuyển đổi đi kèm với sự suy giảm chưa từng thấy về điện trở và thể tích trong một phạm vi thay đổi áp suất cực kỳ hẹp — tất cả đều xảy ra ở khoảng 80 độ F. Salamat cho biết, nhiệt độ tương đối thấp làm tăng khả năng quá trình chuyển đổi kim loại cuối cùng có thể được khai thác cho công nghệ.

Trong các bài báo trước đây trên tạp chí Nature and Physical Review Letters, Dias và Salamat đã đặt ra các tiêu chuẩn mới để đạt được độ siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Một mẫu số chung cho công việc của họ là khám phá các cách “đặc biệt kỳ lạ” mà kim loại chuyển tiếp và các vật liệu khác hoạt động khi chúng được ghép nối với sulfua, và sau đó được nén trong một cái đe kim cương.

“Các hiện tượng mới mà chúng tôi đang báo cáo là một ví dụ cơ bản về phản ứng dưới áp suất cao — và sẽ tìm thấy một vị trí trong sách giáo khoa vật lý,” Salamat nói. “Có một điều gì đó rất hấp dẫn về cách lưu huỳnh hoạt động khi nó được gắn vào các nguyên tố khác. Điều này đã dẫn đến một số đột phá đáng chú ý ”.

Những đột phá mà phòng thí nghiệm Dias và Salamat đã đạt được liên quan đến việc nén các picolit vật liệu đơn thuần – có kích thước bằng một hạt máy in phun duy nhất.

Spin và áp lực

Dias và Salamat giải thích rằng cơ bản của các quá trình chuyển đổi được mô tả trong bài báo này là cách các trạng thái spin (mô men động lượng) của các electron riêng lẻ tương tác khi áp dụng áp lực.

Khi MnS2 ở trạng thái cách điện bình thường, các điện tử chủ yếu ở trong các obitan chưa ghép đôi, “spin cao”, khiến các nguyên tử chủ động bật lại. Điều này dẫn đến vật liệu có khả năng chống lại điện tích cao hơn vì có ít không gian tự do hơn cho các electron riêng lẻ cố gắng đi qua vật liệu.

Nhưng khi có áp lực – và vật liệu bị nén về trạng thái kim loại – các obitan electron “bắt đầu nhìn thấy nhau, ngay lập tức tiến về phía nhau, và các cặp electron bắt đầu liên kết lại thành một”, Salamat nói.

Điều này mở ra nhiều không gian hơn cho các electron riêng lẻ di chuyển qua vật liệu — đến mức điện trở giảm đột ngột 8 bậc độ lớn, khi áp suất tăng từ 3 gigapascal (435.000 psi) lên 10 gigapascal.

Đây là một “cú huých” tương đối so với 182 đến 268 gigapascal cần thiết cho vật liệu siêu dẫn. Dias nói: “Với một phạm vi áp suất nhỏ, sự sụt giảm lực cản ở mức độ này thực sự rất lớn.

Điện trở thấp vẫn được duy trì ngay cả trong giai đoạn cuối – khi MnS2 trở lại thành chất cách điện – bởi vì các điện tử vẫn ở trạng thái “spin thấp”.

Khoa học cơ bản, tiềm năng lớn

Như thường xảy ra với những khám phá mới trong khoa học cơ bản, những ứng dụng khả thi vẫn chưa được khám phá. Tuy nhiên, Salamat nói, một kim loại chuyển tiếp, với một lượng biến dạng tương đối nhỏ, có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác — ở nhiệt độ phòng, không kém — có khả năng hữu ích.

“Bạn có thể tưởng tượng có một công tắc logic hoặc đĩa cứng ghi, trong đó một hoán vị rất nhỏ trong biến dạng hoặc điện áp có thể làm cho một thứ gì đó chuyển từ trạng thái điện tử này sang trạng thái điện tử khác. Các phiên bản mới của bộ nhớ flash, hoặc bộ nhớ trạng thái rắn, có thể hoán vị và thực hiện một cách tiếp cận mới bằng cách sử dụng các loại vật liệu này, ”Salamat nói.

“Bạn có thể thực hiện các thao tác khá tích cực để lái những vật liệu này ở tốc độ 300 kelvin, khiến chúng có khả năng hữu ích cho công nghệ”.

Các đồng tác giả khác đến từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne; Đại học Bourgogne; Đại học Nevada, Las Vegas; và Đại học Rochester.

Quỹ Khoa học Quốc gia và Bộ Năng lượng đã hỗ trợ nghiên cứu. Viện Siêu máy tính Quốc gia UNLV đã cung cấp tài nguyên tính toán và các phần của công việc được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và Đại học Bourgogne.

Nguồn: Futurity

Những kỳ vọng, ước ao rèn luyện phẩm chất sáng tạo cho bản thân là điều chính đáng. Nhưng sáng tạo có phương pháp thì cần phải được giảng giải đúng, được thực hành và trau dồi thường xuyên. Bạn hãy tìm cho mình một nơi uy tín để học tập và bắt đầu hành trình đến với sáng tạo nhé.

Hiện nay, chỉ có duy nhất khóa học PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO và ĐỔI MỚI tại Trung tâm Sáng tạo Khoa học–kỹ thuật (TSK) thuộc trường Khoa Học Tự Nhiên có chia sẻ về 40 nguyên tắc thủ thuật sáng tạo. Đây là môn học bổ ích cho mọi đối tượng, mọi ngành nghề có thể áp dụng và trau dồi phẩm chất sáng tạo. Nếu bạn quan tâm, vui lòng điền thông tin tại đây hoặc liên hệ số điện thoại: (028) 38 301 743; 089 668 36 31 để thực hiện đăng ký.

You may also like...