Cai thien tinh sieu dan bang ong nano carbon

Cac nha vat ly cua Achentina va My vua cong bo ket qua ho da cai thien dang ke tinh sieu dan cua hop kim MgB2 bang cach pha tap cac ong nano cacbon da tuong.

Adriana Serquis (Centro Atomico Bariloche-Instituto Balseiro) cung cac cong su o Phong Thi nghiem Quoc gia Los Alamos da chi ra rang su pha tap nay giup cai thien dang ke tu truong toi han va dong toi han cua hop kim sieu dan MgB - hai thong so cuc ky quan trong cho viec su dung vat lieu sieu dan trong thuc te.

Magnesium diboride (MgB2), lan dau tien duoc phat hien co tinh sieu dan vao nam 2001, mo ra kha nang ung dung lon cho cong nghe do co nhiet do toi han cao (39 K - cao nhat trong cac hop kim), co gia re va thanh phan hoa hoc don gian. Tuy nhien, tu truong toi han tren (tu truong triet tieu tinh sieu dan) chi la tu 14 den 16 T va dong toi han cung chi dat 2.104 A/cm2 o 5 T. Hay nho, MgB2 la vat lieu sieu dan loai 2, vi the no co 2 tu truong toi han va truong toi han tren la gia tri toi han triet tieu tinh sieu dan, con gia tri toi han duoi (thap hon) la gia tri toi han ma truong ngoai co the xuyen vao vat lieu sieu dan. Ta biet rang, de su dung cac chat sieu dan trong cac cuon tao tu truong, cac gom sieu dan co nhiet do toi han cao rat kho su dung nen hop kim nay la su lua chon tuyet voi.

Va moi day, Serquis cung cac cong su da lan dau tien thanh cong khi dong thoi toi uu hoa 2 thong so tren bang cach pha tap vao vat lieu nay cac ong nano cacbon co tuong doi (Double-walled carbon nanotubes - DWNTs). Cac mau khoi MgB2 co chat luong cao duoc che tao bang phuong phap xam nhap hoi Mg o Centro Atomico Bariloche (Achentina) va tiep do pha tap cac ong DWNTs, sau do tien hanh do cac tinh chat dien va tu bang cac thiet bi pho thong nhu tu ke... trong tu truong xung o Phong thi nghiem tu truong cao (Los Alamos).

Ho phat hien ra rang, khoang 3,5% nguyen tu cac DWNTs pha tap vao co the tao ra tinh chat toi uu cho MgB2 voi gia tri mat do dong toi han len toi 5.104 A/cm2 (khi truong ngoai la 5 T) va tu truong toi han tren len toi 44 K (o nhiet do 5 K). Mot gia tri khac cung duoc ghi lai la tu truong toi han tren 41,9 T o 4 K khi ham luong pha tap la 10% nguyen tu (xem hinh ve). Dieu nay co nghia la tu truong toi han duoc cai thien toi 3 lan trong khi mat do dong toi han cung duoc nang len toi 2,5 lan. Cac ham luong DWNTs duoc xac dinh chinh xac bang cach phan tich cau truc tinh the bang phuong phap nhieu xa tia X.

Theo cong trinh cua nhom vua cong bo tren tap chi Superconductor Science and Technology, so 20, trang L12, cac ket qua nay co the ly giai bang 2 vai tro cua DWNTs trong cau truc cua MgB2:

Dau tien, do la cac ong nanocarbon hoa tan mot phan vao cac ma tran MgB2, tac dong nhu mot nguon cacbon lam tang gia tri tu truong toi han len gia tri cao nhat tung duoc quan sat.

Thu hai, do la ti phan cua ong nanocarbon giu nguyen cau truc cua no, se tac dong nhu mot tam ham cac loc xoay (vortex pinning centres) trong MgB2, do do lam tang dang ke gia tri mat do dong toi han. Dieu nay hoan toan co the boi duong kinh ong cung tuong tu nhu chieu dai ket hop cua sieu dan MgB2.

Cac nha vat ly cung cho rang su tang cuong nay co the mo ta bang mot trong cac mo hinh ly thuyet dang duoc su dung nhu ly thuyet sieu dan 2 khe, nhu la MgB2. Va mot phan khac la su dung vat lieu nay trong cac ung dung thuc te nhu nam cham sieu dan. Cong trinh nay co the la mot huong mo ra viec tao ra cac cuon day sieu dan co tu truong lon nho viec cai thien gia tri tu truong toi han.

Ke hoach sap toi cua nhom (hop tac giua Achentina va My) la pha tap MgB2 voi cac vat lieu nano khac nham cai thien tinh chat cua vat lieu: "Ben canh do, chung toi se san xuat cac day MgB2 day tien cho ung dung ma su dung hop phan pha tap DWNTs" - Serquis phat bieu tren Nanotechweb.org.