Một nghiên cứu mới của Đại học Chicago và Đại học Sơn Tây đã phát hiện ra cách mô phỏng tính siêu dẫn bằng ánh sáng laser. Hiện tượng siêu dẫn xảy ra khi hai tấm graphene hơi xoắn khi chúng được xếp lớp lại với nhau. Kỹ thuật mới của họ có thể được sử dụng để hiểu rõ hơn về hành vi của vật liệu và có khả năng mở đường cho các công nghệ lượng tử hoặc thiết bị điện tử trong tương lai. Kết quả nghiên cứu có liên quan gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature.

Bốn năm trước, các nhà nghiên cứu tại MIT đã có một khám phá đáng kinh ngạc: Nếu các tấm nguyên tử carbon thông thường bị xoắn khi xếp chồng lên nhau, chúng có thể biến đổi thành chất siêu dẫn. Những vật liệu quý hiếm như “chất siêu dẫn” có khả năng truyền năng lượng độc đáo một cách hoàn hảo. Chất siêu dẫn còn là cơ sở của chụp ảnh cộng hưởng từ hiện nay nên các nhà khoa học và kỹ sư có thể tìm thấy nhiều công dụng của chúng. Tuy nhiên, chúng có một số nhược điểm, chẳng hạn như yêu cầu làm mát dưới độ không tuyệt đối để hoạt động bình thường. Các nhà nghiên cứu tin rằng nếu họ hiểu đầy đủ về vật lý và các hiệu ứng, họ có thể phát triển các chất siêu dẫn mới và mở ra nhiều khả năng công nghệ khác nhau. Phòng thí nghiệm của Chin và nhóm nghiên cứu của Đại học Sơn Tây trước đây đã phát minh ra cách tái tạo các vật liệu lượng tử phức tạp bằng cách sử dụng các nguyên tử và tia laser được làm lạnh để giúp chúng dễ phân tích hơn. Trong khi chờ đợi, họ hy vọng có thể làm được điều tương tự với hệ thống hai lớp xoắn. Vì vậy, nhóm nghiên cứu và các nhà khoa học từ Đại học Sơn Tây đã phát triển một phương pháp mới để “mô phỏng” các mạng xoắn này. Sau khi làm lạnh các nguyên tử, họ sử dụng tia laser để sắp xếp các nguyên tử rubidium thành hai mạng, xếp chồng lên nhau. Sau đó, các nhà khoa học sử dụng vi sóng để tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác giữa hai mạng. Hóa ra cả hai làm việc tốt với nhau. Các hạt có thể di chuyển trong vật liệu mà không bị chậm lại do ma sát, nhờ một hiện tượng gọi là “siêu chảy”, tương tự như siêu dẫn. Khả năng thay đổi hướng xoắn của hai mạng của hệ thống cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện ra một loại chất siêu lỏng mới trong nguyên tử. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng họ có thể điều chỉnh cường độ tương tác của hai mạng bằng cách thay đổi cường độ vi sóng và họ có thể quay hai mạng bằng tia laser mà không cần tốn nhiều công sức - khiến nó trở thành một hệ thống cực kỳ linh hoạt. Ví dụ: nếu một nhà nghiên cứu muốn khám phá ngoài hai đến ba hoặc thậm chí bốn lớp, thì cách thiết lập được mô tả ở trên sẽ giúp thực hiện điều đó dễ dàng. Mỗi khi ai đó phát hiện ra một chất siêu dẫn mới, thế giới vật lý lại nhìn lên với sự ngưỡng mộ. Nhưng lần này kết quả đặc biệt thú vị vì nó dựa trên một chất liệu đơn giản và phổ biến như graphene.