Vật liệu mới giúp giải đáp bí ẩn về từ trường Trái đất

Những nhà nghiên cứu đã phát triển một loại vật liệu mới từ kim loại lỏng và phân tử từ tính. Chúng có thể giúp giới khoa học tìm hiểu những điều bí ẩn xung quanh lực từ trường của Trái đất.

Vật liệu này được kỳ vọng sẽ thiết lập được những điều kiện môi trường giống như trong lõi của các ngôi sao và hành tinh. Nhờ đó khoa học có thể nghiên cứu các hiện tượng của lõi hành tinh trong phòng thí nghiệm mà không phải chui vào tận lòng Trái đất.

Nhờ việc thêm những phân tử từ tính vào kim loại lỏng, vật liệu mới có khả năng phát từ trường mạnh gấp năm lần so với kim loại lỏng bình thường – những nhà nghiên cứu của Đại học Yale nói.

Phát minh mới này cực kì quan trọng. Bởi vì, mặc dù từ trường Trái đất bảo vệ con người khỏi những điều kiện khắc nghiệt của không gian, nhưng chúng ta vẫn không thật sự hiểu chúng hoạt động như thế nào. Ví dụ như khoa học vẫn chưa biết tại sao cứ vài trăm ngàn năm từ trường Trái đất lại đảo cực một lần.

Để mô phỏng những gì đang diễn ra, các nhà khoa học trộn hợp kim của Indi và Gali (được gọi là eGaln) với nhiều loại phân tử từ tính và phi từ tính (sắt và kẽm). Kim loại lỏng được tráng một lớp axit để ngăn ngừa quá trình oxy hóa. Điều này cũng giúp cho những phân tử được thêm vào phủ kín hoàn toàn bề mặt kim loại.

"Chúng tôi xoay xở để treo lơ lửng lên không bất cứ thứ gì chúng tôi muốn – thép, kẽm, niken, sắt. Tất cả những vật liệu này có khả năng dẫn điện cao hơn eGaln", Florian Carle – một trong những nhà nghiên cứu nói.

Vật liệu mới có tính dẫn điện cao hơn và khả năng tạo ra từ tính mạnh hơn các vật liệu thông thường. Điều này cho phép các nhà khoa học tiến gần hơn đến việc nghiên cứu ảnh hưởng của từ thủy động lực học (magnetohydrodynamics). Đây là những phân tử từ tính của chất lưu, thường được sử dụng để cắt bề mặt các hành tinh hay ngôi sao, phục vụ nghiên cứu.

Vật liệu mới được làm từ kim loại lỏng và phân tử từ tính. (Ảnh: Trường đại học Yale).

Điều đó có nghĩa là bây giờ chúng ta có thể tái sản xuất trong phòng thí nghiệm những kim loại lỏng, mà điều kiện từ tính của chúng giống như trong lõi của các hành tinh. Nói theo cách của nhà nghiên cứu Claire thì nó giúp chúng ta "tạo ra một trái đất nhỏ hơn" trong phòng thí nghiệm.

Những nhà khoa học đã từng thử mô phỏng lại lõi của Trái đất trước đây, đầu tiên là bằng cách sử dụng natri lỏng dễ nổ. Nhưng sau khi thực nghiệm, nhóm nghiên cứu thấy rằng, vật liệu này dễ dàng để điều khiển lực từ, nhưng nó chỉ hoạt động ở một phạm vi nhỏ - chỉ vài centimet thay vì vài mét như bình thường.

Nhóm cũng đi tìm hiểu nguyên nhân khiến cho các cực từ của Trái đất bị đảo ngược. Sau mấy trăm ngàn năm thì cực bắc và cực nam của từ trường lại thay đổi một lần.

Những nhà khoa học nghĩ rằng có gì đó đang xảy ra với dòng chảy của kim loại lỏng trong vỏ Trái đất. Trước đó, họ đã dựa vào sự mô phỏng của máy tính để cố gắng phát hiện điều gì đang diễn ra.

Vật liệu kim loại mới giúp họ kiểm tra giả thuyết này tốt hơn. Nó đồng thời cũng cung cấp một cái nhìn rõ ràng hơn về lần đảo ngược các cực từ xảy ra trong thời gian tới, cũng như những ảnh hưởng của nó đến con người.

Các nhà nghiên cứu cũng có thêm nhiều cứ liệu về cách từ trường của Trái đất bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ không gian. Bên cạnh đó, họ cũng dễ dàng hơn trong việc trả lời câu hỏi: thật ra từ trường vững chắc như thế nào?

Bài nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên Physical Review Fluids.