Bất kì ai từng học qua vật lí vật chất hóa đặc đều biết rằng các chất siêu dẫn có thể phân loại rõ ràng thành loại 1 hoặc loại 2 theo cách thức chúng hành xử trong một từ trường ngoài. Nhưng nay các nhà vật lí ở Bỉ và Thụy Sĩ vừa tìm thấy ít nhất thì một chất - magnesium diboride – kết hợp các đặc điểm của cả hai loại, đưa đội nghiên cứu đến khẳng định đã khám phá ra một loại chất siêu dẫn mới gọi là “loại 1,5”.
Các sọc xoáy nhìn thấy trong chất siêu dẫn “loại 1,5” do Victor Moshchalkov và các đồng sự nghiên cứu. Vạch màu trắng có chiều dài 10 μm
Đa số các chất siêu dẫn nhiệt độ thấp thông thường thuộc loại 1, nghĩa là từ trường thường không thể thâm nhập vào chất liệu. Tuy nhiên, từ trường có thể thâm nhập vào các chất siêu dẫn loại 2 bằng cách tạo ra những xoáy lượng tử nhỏ xíu tăng dần số lượng khi cường độ trường tăng lên. Từ trường đi qua cái xoáy của chất liệu bình thường tại chính giữa của mỗi xoáy. Các xoáy đẩy lẫn nhau, và khi số lượng của chúng tăng lên, chúng hình thành nên một mạng xoáy.
Sự phân biệt này không rõ ràng cho lắm vì dưới những điều kiện đặc biệt nhất định, các đường sức từ có thể xuyên vào các chất loại 1. Nếu nhiệt độ của chất thay đổi đột ngột, các xoáy sẽ hình thành nhưng sẽ hút lẫn nhau và tan biến mất lúc va chạm. Đồng thời, khi các mẫu rất mỏng chất siêu dẫn loại 1 phơi ra trước từ trường, thì các viền xen kẽ của chất siêu dẫn và chất bình thường có thể xuất hiện.
Hành xử theo cả hai kiểu
Nay, Victor Moshchalkov và các đồng sự tại trường Đại học Công giáo Leuven ở Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Zürich là những người đầu tiên chứng tỏ được rằng các xoáy trong các mẫu đơn tinh thể magnesium diboride (MgB2) hành xử theo cả hai kiểu. Họ đã đặt tên cho chất liệu là chất siêu dẫn loại 1,5 vì các xoáy của nó biểu hiện sự đẩy lẫn nhau trên những cự li ngắn và hút lẫn nhau trên những cự li lớn hơn (arXiv:0902.0997).
Kết quả là một tập hợp các xoáy và các vùng phi siêu dẫn tổ chức thành hình ảnh sọc viền và tơ nhện – tùy thuộc vào nhiệt độ của mẫu và cường độ của từ trường. Moshchalkov phát biểu với physicsworld.com rằng các hình ảnh đó trông tương tự như hình ảnh thấy ở một số tinh thể lỏng và các màng polymer, trong đó các phân tử thành phần có các tương tác hút và đẩy tương tự.
Moshchalkov tin rằng hành trạng loại 1,5 có thể hiểu được bằng cách nghĩ tới một chất chứa hai chất lỏng siêu dẫn gần như độc lập nhau, chúng tương tác sao cho các electron siêu dẫn có thể chảy từ chất lỏng này sang chất lỏng kia.
Hỗn hợp tương tác
Các hệ hai chất lỏng với các xoáy thuộc loại tương tác này đã được tiên đoán vào năm 2005 bởi Egor Babaev ở trường Đại học Massachusetts ở Mĩ, người đã mô tả gồm một “hỗn hợp tương tác của hai thành phần siêu dẫn đồng thơi biểu hiện những tính chất của sự siêu dẫn loại 1 và loại 2”.
Moshchalkov tin rằng người ta có thể tìm thấy thêm nhiều chất loại 1,5 nữa, ngoài magnesium diboride, chất lần đầu tiên được phát hiện là siêu dẫn vào năm 2001. Đặc biệt, ông tin rằng một số trong những chất siêu dẫn gốc sắt đã phát hiện hồi năm ngoái là những ứng cử viên sáng giá. Ông cũng tin rằng các chất “nhân tạo” loại 1,5 có thể chế tạo cb đặt một lớp mỏng chất loại 1 lên trên một lớp mỏng chất loại 2 – cái đội của ông hiện đang nghiên cứu.
Babaev trông đợi người ta sẽ nghiên cứu thêm về các chất loại 1,5 vì nó có thể hé mở nhiều hình ảnh xoáy trước nay chưa từng thấy – với khả năng chuyển tiếp pha giữa các hình ảnh khi cường độ từ trường biến đổi. Ngoài ra, ông nói rằng công trình nghiên cứu đó sẽ thu hút các nhà thiên văn vật lí, những người cho rằng hành trạng loại 1,5 cũng có thể xảy ra một trạng thái siêu dẫn của các proton mà người ta tin là tồn tại trong các sao neutron.
Các sọc xoáy nhìn thấy trong chất siêu dẫn “loại 1,5” do Victor Moshchalkov và các đồng sự nghiên cứu. Vạch màu trắng có chiều dài 10 μm
Đa số các chất siêu dẫn nhiệt độ thấp thông thường thuộc loại 1, nghĩa là từ trường thường không thể thâm nhập vào chất liệu. Tuy nhiên, từ trường có thể thâm nhập vào các chất siêu dẫn loại 2 bằng cách tạo ra những xoáy lượng tử nhỏ xíu tăng dần số lượng khi cường độ trường tăng lên. Từ trường đi qua cái xoáy của chất liệu bình thường tại chính giữa của mỗi xoáy. Các xoáy đẩy lẫn nhau, và khi số lượng của chúng tăng lên, chúng hình thành nên một mạng xoáy.
Sự phân biệt này không rõ ràng cho lắm vì dưới những điều kiện đặc biệt nhất định, các đường sức từ có thể xuyên vào các chất loại 1. Nếu nhiệt độ của chất thay đổi đột ngột, các xoáy sẽ hình thành nhưng sẽ hút lẫn nhau và tan biến mất lúc va chạm. Đồng thời, khi các mẫu rất mỏng chất siêu dẫn loại 1 phơi ra trước từ trường, thì các viền xen kẽ của chất siêu dẫn và chất bình thường có thể xuất hiện.
Hành xử theo cả hai kiểu
Nay, Victor Moshchalkov và các đồng sự tại trường Đại học Công giáo Leuven ở Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Zürich là những người đầu tiên chứng tỏ được rằng các xoáy trong các mẫu đơn tinh thể magnesium diboride (MgB2) hành xử theo cả hai kiểu. Họ đã đặt tên cho chất liệu là chất siêu dẫn loại 1,5 vì các xoáy của nó biểu hiện sự đẩy lẫn nhau trên những cự li ngắn và hút lẫn nhau trên những cự li lớn hơn (arXiv:0902.0997).
Kết quả là một tập hợp các xoáy và các vùng phi siêu dẫn tổ chức thành hình ảnh sọc viền và tơ nhện – tùy thuộc vào nhiệt độ của mẫu và cường độ của từ trường. Moshchalkov phát biểu với physicsworld.com rằng các hình ảnh đó trông tương tự như hình ảnh thấy ở một số tinh thể lỏng và các màng polymer, trong đó các phân tử thành phần có các tương tác hút và đẩy tương tự.
Moshchalkov tin rằng hành trạng loại 1,5 có thể hiểu được bằng cách nghĩ tới một chất chứa hai chất lỏng siêu dẫn gần như độc lập nhau, chúng tương tác sao cho các electron siêu dẫn có thể chảy từ chất lỏng này sang chất lỏng kia.
Hỗn hợp tương tác
Các hệ hai chất lỏng với các xoáy thuộc loại tương tác này đã được tiên đoán vào năm 2005 bởi Egor Babaev ở trường Đại học Massachusetts ở Mĩ, người đã mô tả gồm một “hỗn hợp tương tác của hai thành phần siêu dẫn đồng thơi biểu hiện những tính chất của sự siêu dẫn loại 1 và loại 2”.
Moshchalkov tin rằng người ta có thể tìm thấy thêm nhiều chất loại 1,5 nữa, ngoài magnesium diboride, chất lần đầu tiên được phát hiện là siêu dẫn vào năm 2001. Đặc biệt, ông tin rằng một số trong những chất siêu dẫn gốc sắt đã phát hiện hồi năm ngoái là những ứng cử viên sáng giá. Ông cũng tin rằng các chất “nhân tạo” loại 1,5 có thể chế tạo cb đặt một lớp mỏng chất loại 1 lên trên một lớp mỏng chất loại 2 – cái đội của ông hiện đang nghiên cứu.
Babaev trông đợi người ta sẽ nghiên cứu thêm về các chất loại 1,5 vì nó có thể hé mở nhiều hình ảnh xoáy trước nay chưa từng thấy – với khả năng chuyển tiếp pha giữa các hình ảnh khi cường độ từ trường biến đổi. Ngoài ra, ông nói rằng công trình nghiên cứu đó sẽ thu hút các nhà thiên văn vật lí, những người cho rằng hành trạng loại 1,5 cũng có thể xảy ra một trạng thái siêu dẫn của các proton mà người ta tin là tồn tại trong các sao neutron.
