HAI VẬT LIỆU TỪ TÍNH MỚI ĐƯỢC TẠO RA TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
Mặc dù bạn đã nhìn thấy cửa tủ lạnh đính toàn nam châm, nhưng thực ra loại vật liệu này cực kỳ khó tìm. Theo Đại học Duke (DU), chỉ có khoảng 5% trong số tất cả các hợp chất vô cơ đã biết có một chút từ tính. Do đó, thay vì tìm kiếm các nam châm mới trên thế giới, các nhà nghiên cứu tại ĐH Duke và Cao đẳng Trinity ở Dublin đã tổng hợp được hai vật liệu từ tính trong số 23.6115 sáng tạo tiềm năng của họ.
Để nói rõ hơn, trước đây, nam châm đã từng được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Nhưng quá trình dẫn đến tạo ra chúng thường có tính rủi ro cao chứ chưa thể đạt đến mức khoa học chính xác. Để cải thiện vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại ĐH Duke đã sử dụng máy tính như một lẽ tự nhiên. Cụ thể hơn, họ làm việc với một mô hình tính toán cho phép họ thử các phân tử khác nhau trong các cách sắp xếp khác nhau cho một loại nguyên liệu được gọi là hợp kim Heusler, bao gồm ba nguyên tố khác nhau được sắp xếp theo những cách cụ thể. Xét phạm vi của các nguyên tố có thể sử dụng (55) và cấu trúc nguyên tử, các hợp chất tiềm năng có số lượng lên đến 236115.
Sử dụng mô hình để xem các nguyên tử và cấu trúc khác nhau sẽ phản ứng với nhau như thế nào, các nhà nghiên cứu cuối cùng đã hạ danh sách của họ xuống còn 22 hợp chất có khả năng biểu hiện từ tính, và sau đó giảm danh sách xuống chỉ còn 14 hợp chất bằng cách loại bỏ các hợp chất tương đồng. Tiếp theo là thời gian để tạo ra các vật liệu này trong phòng thí nghiệm, tuy vẫn còn là một thách thức, nhưng là một thách thức dễ dàng hơn nhiều.
Corey Oses – nghiên cứu sinh ĐH Duke đã làm việc với GS Stefano Curtarolo – chuyên gia về kỹ thuật cơ khí và khoa học vật liệu và là giám đốc của Trung tâm Vật liệu Genomics tại Duke, cho biết: “Phải mất nhiều năm mới có thể tìm ra một cách để tạo ra một vật liệu mới trong phòng thí nghiệm. Có rất nhiều ràng buộc hoặc điều kiện đặc biệt cần thiết để vật liệu ổn định, nhưng lựa chọn từ 14 là tốt hơn rất nhiều so với 200.000 vật liệu”.
Nhóm nghiên cứu dựa vào nghiên cứu của GS vật lý Stefano Sanvito – Cao đẳng Trinity ở Dublin (Ai-len) để sản xuất các vật liệu từ tính mới, và sau nhiều năm nỗ lực, ông đã thành công với hai loại vật liệu từ tính mới.
Loại thứ nhất bao gồm: coban, mangan và titan (Co2 MnTi) và có thể giữ từ tính ở nhiệt độ ấn tượng 938 K (1228°F); điều này có thể khiến nó trở thành một ứng cử viên sáng giá trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
Loại thứ hai được làm từ hỗn hợp mangan, bạch kim và paladi (Mn2Pt- Pd), và mặc dù nó không thực sự tạo ra một từ trường riêng, hợp chất này có các điện tử phản ứng mạnh với từ trường. Điều này sẽ khiến nó trở thành một “ứng cử viên” tốt để sử dụng trong ổ đĩa cứng, mặc dù ngoài ứng dụng đó, khả năng sử dụng của nó là hơi hạn chế bởi khó có thể dự đoán được hành vi của nó.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nói rằng, chức năng của hai loại nam châm này không thực sự quan trọng như mục tiêu ban đầu.
“Sẽ chẳng có vấn đề gì nếu một trong hai nam châm mới này hữu ích trong tương lai” – Curtarolo nói – “Khả năng tiên đoán nhanh sự tồn tại của họ là một biến chuyển lớn và vô giá đối với các nhà khoa học vật liệu đang tiến lên phía trước”.
Oses cho biết thêm, mô hình máy tính mới này cũng có thể giúp thế giới thoát khỏi sự phụ thuộc vào các nguyên tố đất hiếm như yttri và neodymi, một nguồn nam châm phổ biến hiện nay nhưng rất khó bảo đảm.
“Nhiều nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao chứa các nguyên tố đất hiếm”, Oses nói. “Tìm kiếm và khai thác các nguyên tố đất hiếm có thể sẽ rất tốn kém và khó khăn, đặc biệt là với những nguyên tố chỉ có thể được tìm thấy ở Châu Phi và Trung Quốc. Việc tìm kiếm các nam châm không chứa các nguyên tố đất hiếm là rất quan trọng, đặc biệt khi thế giới dường như đang thoát khỏi xu thế toàn cầu hóa”.
Nguồn: ĐH Duke
