Nam châm siêu dẫn mạnh nhất thế giới, kích cỡ tương đương với cuộn giấy vệ sinh

Theo một nghiên cứu mới được đăng tải trên Nature, ta đã có nam châm mạnh nhất thế giới: các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Từ trường Mạnh Quốc gia tại Florida tạo ra nam châm siêu dẫn, sử dụng dòng điện để tạo ra từ trường.

Sức mạnh của từ trường đạt mốc 45,5 tesla, phá vỡ kỷ lục 45 tesla được lập ra trước đó. Ta có thể khẳng định đây là nam châm có sức hút lớn nhất thế giới.

Đây là hình minh họa cho "vật chất siêu dẫn", chứ không phải nam châm nhé.

Được đặt tên là “little big coil”, cuộn nam châm có từ trường mạnh nhờ dòng điện chạy qua một lõi dây được làm bằng từ REBCO, viết tắt cho đất hiếm bari đồng oxide - rare earth barium copper oxide.

Loại nam châm duy nhất có sức hút mạnh hơn là nam chân xung điện - pulse magnet. Tuy nhiên, trong khi loại nam châm xung điện chỉ tạo ra từ trường mạnh trong một khoảng thời gian rất ngắn, nam châm mới có khả năng duy trì từ trường, miễn là có dòng điện chạy qua lõi dây.

“Một trong những sứ mệnh của chúng tôi là đẩy giới hạn công nghệ ra xa nhất có thể”, nhà nghiên cứu David Larbalestier nói trong một bài phỏng vấn. Mục tiêu và cũng là tâm niệm của nó: tạo ra nam châm càng mạnh càng tốt, và độ ổn định ngày một cao.

Suốt 2 thập kỷ qua, kỷ lục sức mạnh của từ trường là 45 tesla. Lượng năng lượng điện cần thiết để tạo ra được kỷ lục này rất lớn, số lượng phòng thí nghiệm có thể tạo dựng lại nam châm mạnh nhất thế giới chỉ đếm được trên đầu ngón tay. Mỗi khi nghiên cứu cần nam châm mạnh, các nhà khoa học sẽ phải đi tới số ít cơ sở có khả năng. Nam châm siêu dẫn tiêu tốn ít năng lượng khi vận hành, nhưng từ trường chúng tạo ra vốn vẫn yếu hơn nam châm cổ điển.

Đây chính là nam châm siêu dẫn mạnh nhất thế giới.

Nam châm siêu dẫn có nhiều ứng dụng lắm, giả dụ như làm đệm từ trường (cho phép tàu siêu tốc lơ lửng được trên đường ray), cộng hưởng từ trường hạt nhân hay thậm chí, cách đây không lâu, Trung Quốc tuyên bố sở hữu công nghệ tàu ngầm từ trường có khả năng “tàng hình”. Trong buổi phỏng vấn với Motherboard, giáo sư Larbalestier giải thích từ trường có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng, các trường năng lượng lớn có khả năng xác định được cấu trúc của các nguyên tử phức tạp.

Nam châm mới đạt được sức mạnh đáng kể như vậy là nhờ thiết kế mới. Nam châm không được cách ly, tức là nó chuyển từ trạng thái siêu dẫn sang trạng thái thường rất nhanh và an toàn.

“Chúng tôi đã đi ngược lại với tuyến đường hay theo”, Larbalestier nói. “Trong quá khứ, chúng tôi thường cho nam châm có điện trở vào bên trong vật liệu siêu dẫn. Trong nghiên cứu mới, chúng tôi đưa chất siêu dẫn vào trong nam châm điện trở”.

Vật liệu tạo nên nam châm mới cũng khác trước. Theo nghiên cứu, nam châm lập kỷ lục sức mạnh chứa 12 cuộn dây mỏng dẹt hình đĩa (pancake coil) và được cuốn một lớp băng siêu dẫn đồng oxide cực mỏng. Tới khoảng thời gian gần đây, ta mới có công nghệ để chế tạo được lớp phủ mỏng đến vậy, và chính nhờ nó, nam châm mới có thể tạo ra từ trường mạnh tới 60 tesla mà không bị hư hại nhiều.

Hệ thống nam châm mới chưa đủ an toàn để có mặt tại mọi phòng thí nghiệm. Chúng vẫn bị ảnh hưởng đôi chút từ sức mạnh từ trường lên tới 45,5 tesla; vẫn cần theo dõi sát sao việc vận hành nam châm để tránh xảy ra trường hợp không may.

Nhưng có thể tin với đột phá này, giới khoa học sẽ sớm có “đồ chơi mới” để nghiên cứu.