Một lý thuyết mới về siêu dẫn có thể thúc đẩy máy tính lượng tử

Công trình này có thể cho phép các lưới điện tương lai truyền điện mà không mất mát điện năng.

Siêu dẫn là thứ vật liệu vô cùng hấp dẫn nhưng nó khó thể thể hiện được đặc tính khác thường của mình ở điều kiện thông thường. Ở mức nhiệt độ thấp, nó mới cho phép dòng điện truyền qua với mức điện trở bằng không. Có rất hiều ứng dụng của siêu dẫn như truyền năng lượng không bị tiêu hao nhưng những vấn đề vật lý ẩn dấu sau quá trình này vẫn còn chưa được hiểu rõ ràng. Cách nghĩ về việc chuyển từ trạng thái bình thường sang siêu dẫn được gọi là lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Trong mô hình này, miễn là các kích thích nhiệt được giữ ở mức đủ nhỏ, các hạt có thể hình thành “các cặp Cooper” vận chuyển cùng nhau và giữ cho không bị tán xạ. Tuy nhiên, mô hình BCS lại chưa giải thích được một cách đầy đủ về mọi dạng siêu dẫn, vốn giới hạn năng lực của chúng ta trong việc tạo ra các vật liệu siêu dẫn có hiệu lực hoạt động tại nhiệt độ phòng.

Hiện tại, một nhà khoa học tại trường đại học Tsukuba đã đưa ra một mô hình cho siêu dẫn, giúp hiểu tốt hơn về các nguyên tắc vật lý của nó. Thay vì tập trung vào cặp tích điện, lý thuyết mới này sử dụng công cụ toán học là ‘kết nối Berry’. Giá trị này tính toán một không gian xoắn nơi các điện tích di chuyển. “Trong lý thuyết BCS tiêu chuẩn, nguồn gốc của siêu dẫn là các cặp điện tích. Còn trong lý thuyết này, siêu dòng điện được nhận diện như dòng chảy không tiêu tán của các điện tích kết cặp trong khi các điện tích đơn lẻ vẫn còn ‘nếm mùi’ điện trở”, giáo sư Hiroyasu Koizumi nói. Ông là tác giả chính của công bố “Superconductivity by Berry Connection from Many-body Wave Functions: Revisit to Andreev−Saint-James Reflection and Josephson Effect” (Siêu dẫn bởi kết nối Berry từ các hàm sóng hệ nhiều hạt: trở lại với phản xạ Andreev−Saint-James và hiệu ứng Josephson) xuất bản trên tạp chí Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 1.

Như một bản đồ họa, các khớp nối Josephson được hình thành khi hai lớp siêu dẫn bị phân tách bởi một vật cản mỏng làm từ kim loại thông thường hoặc một cái cách điện. Dẫu được sử dụng rộng rãi trong các máy dò từ trường siêu chính xác và máy tính lượng tử, các khớp nối Josephson lại không phù hợp với lý thuyết BCS. “Trong lí thuyết mới, vai trò của cặp điện tích bền so với kết nối Berry, trái với việc tự nó là nguyên nhân dẫn đến siêu dẫn, và siêu dòng điện là dòng chảy của các điện tích đơn và điện tích kết cặp sinh ra tùy thuộc vào việc xoắn không gian nơi các điện tích di chuyển là nguyên nhân dẫn đến kết nối Berry”, giáo sư Koizumi nói. Do đó, nghiên cứu này có thể dẫn đến việc thúc đẩy sự ra đời của các máy tính lượng tử cũng như bảo tồn năng lượng.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2021-07-theory-superconductivity.html

https://middleeast.in-24.com/technology/66701.html