Các nhà khoa học đã quan sát được cơ chế hoạt động của siêu dẫn, một hiện tượng bí hiểm từ lâu trong khoa học chỉ xảy ra đối với một vài loại vật liệu khi nhiệt độ hạ xuống ở mức vô cùng thấp. Các nỗ lực tìm kiếm loại vật liệu có khả năng siêu dẫn này ở nhiệt độ cao đang được tiến hành.

Một trong những điều huyền bí lớn nhất trong khoa học là hiện tượng siêu dẫn. Đó là một hiện tượng không thể tin được! Tại nhiệt độ vô cùng thấp, một số vật liệu dẫn điện sẽ mất hầu như toàn bộ trở kháng của nó và ngăn chặn toàn bộ từ trường xâm nhập vào bên trong nó (hiệu ứng Meisser).

Các vật liệu dẫn điện thông thường như vàng hay đồng đều có sự không tinh khiết nhất định khiến cho chúng không thể trở thành siêu dẫn. Những vật liệu này có một trở kháng nhất định ngay cả khi nhiệt độ hạ tới mức thấp nhất - độ không tuyệt đối (0 K hay -273,14 °C).

Đối với vât liệu siêu dẫn, chúng có trở kháng khi nhiệt độ nằm trên một mức ngưỡng T_c. Khi nhiệt độ thực vượt qua mức ngưỡng này (thấp hơn), chúng sẽ trở nên siêu dẫn và trở kháng của chúng bằng không.

Siêu dẫn hứa hẹn những ứng dụng phi thường trong công nghiệp điện tử chẳng hạn
như sẽ xuất hiện hệ thống máy tính sử dụng các mạch vật liệu siêu dẫn không
tiêu thụ điện năng và cũng chẳng tỏa nhiệt lãng phí.

Trong ba thập niên qua, rất nhiều những nghiên cứu đầy hứa hẹn đă được tiến hành để tìm ra các loại vật liệu siêu dẫn ở "nhiệt độ cao". Loại vật liệu siêu dẫn đầu tiên được phát hiện ra có nhiệt độ ngưỡng chuyển đổi siêu dẫn vô cùng thấp. Để đạt được tính siêu dẫn, người ta đã cần phải làm lạnh nó đến gần mức không tuyệt đối.

Chưa từng có vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ thường nào được phát hiện ra cho đến nay. Tuy nhiên, các nghiên cứu thực nghiệm vào năm 1986 đã từng cho những kết quả khả quan khi phát hiện ra loại vật liệu siêu dẫn cuprate-perovskite. Loại vật liệu này có khả năng siêu dẫn ở nhiệt độ 90 K (tương đương -183,14 °C).

Ngày nay, người ta biết được vật liệu có nhiệt độ chuyển đổi siêu dẫn T_c cao nhất là
138 K (tương đương -135,14 °C). Đó là vật liệu gốm bao gồm các chất như thalium, mercury, đồng, barium, calcium, strontium và oxy.

Những nghiên cứu trên đã cho phép tạo ra các vật liệu có thể đạt được tính năng siêu dẫn chỉ với việc làm lạnh bằng nitrogen lỏng. Đó thật sự là một triển vọng tương đối kinh tế.

Một khó khăn lớn nhất trong việc tìm tòi các vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ cao đó là các nhà khoa học đă không thể hiểu nổi chính xác cơ chế của hiện tượng này ở mức nguyên tử. Một loạt các nghiên cứu trong lĩnh vực vật lí lượng tử đã được hướng sâu đến vấn đề này nhưng vẫn chưa sáng tỏ được nhiều. Các nhà khoa học chỉ biết được rằng vật liệu sẽ trở nên siêu dẫn nếu như có thể tạo ra cặp đôi electron có tên gọi cặp Cooper.

Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Tennessee và Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (Mĩ) do giáo sư vật lí Pengcheng Dai đứng đầu đã ra tuyên bố rằng họ đã khám phá ra được nguyên nhân của siêu dẫn. Kết quả nghiên cứu của nhóm (đăng tại Boston College) đã chỉ ra làm thế nào mà các dao động đặc biệt ở mức dưới nguyên tử trong mạng tinh thể, xét về mặt từ tính, có thể khiến cho các hạt phonon ghép các electron lại với nhau, từ đó mà xảy ra hiện tượng siêu dẫn.

Trong số ra mới đây của tập san Đại học Tennessee (ngày 21/12/2007), Dai cho biết : “Những phát hiện này đã góp phần hiểu thêm rằng từ trường có sự đóng góp trong việc tạo ra những cặp đôi (cặp Cooper) quan trong. Đây chưa phải là hồi kết của những tranh cãi nhưng nó là một bước tiến lớn.”

Nếu kết quả nghiên cứu này thuyết phục được cộng đồng khoa học thì chắc hẳn đây sẽ là một bước tiến quan trọng nhất trong việc tìm ra cơ chế, nguyên nhân của sự siêu dẫn trong vật liệu. Từ đó, nó sẽ cho phép các nhà khoa học dễ dàng tìm ra các chất siêu dẫn nhiệt độ cao mà mức ngưỡng chuyển đổi siêu dẫn sẽ được đẩy dần lên cao, cho tới một ngày nào đó, chúng ta có thể sẽ có một vật liệu siêu dẫn ngay cả ở nhiệt độ thường.

Thành Việt (Theo DailyTech)