Chế tạo thành công nam châm có từ trường mạnh gấp 800.000 lần Trái Đất, xác lập kỷ lục thế giới mới chưa từng có trong lịch sử nhân loại
Đây không chỉ là một bước tiến lớn về công nghệ mà còn là tiền đề cho những nghiên cứu khoa học trong tương lai.
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa lập kỷ lục thế giới mới khi tạo ra một nam châm điện trở với từ trường ổn định đạt tới 42,02 Tesla – mạnh hơn từ trường Trái Đất tới 800.000 lần. Thành tựu này đánh dấu bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật lý, mở ra cơ hội phát triển các loại nam châm mạnh mẽ và đáng tin cậy hơn trong tương lai.
Kỷ lục này là kết quả của gần bốn năm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Từ trường Cao (CHMFL) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Nhóm nghiên cứu đã tinh chỉnh cấu trúc nam châm và tối ưu hóa quy trình sản xuất để đạt được kết quả này. Nam châm được cung cấp năng lượng từ nguồn điện 32,3 MW và đã vượt qua kỷ lục trước đó là 41,4 Tesla, do Phòng thí nghiệm Từ trường Cao Quốc gia Mỹ (NHMFL) thiết lập vào năm 2017.
Nam châm điện trở được chế tạo từ các dây kim loại cuộn và dù đã tồn tại từ lâu, chúng vẫn đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học nhờ khả năng tạo ra từ trường mạnh mẽ và ổn định. Năm 2022, CHMFL cũng ghi dấu ấn với việc tạo ra nam châm lai mạnh nhất thế giới, đạt từ trường 45,22 Tesla.
Không chỉ là một thành tựu kỹ thuật đáng nể, kỷ lục mới này còn mở ra nhiều triển vọng cho các khám phá khoa học mới. Theo Joachim Wosnitza, nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Từ trường Cao Dresden (Đức), bước đột phá này sẽ giúp phát triển các loại nam châm đáng tin cậy hơn, có khả năng duy trì từ trường mạnh mẽ, từ đó thúc đẩy sự tiến bộ trong nghiên cứu vật lý.
Nam châm có từ trường cao, như nam châm điện trở của CHMFL, được xem là công cụ thiết yếu trong việc nghiên cứu các đặc tính ẩn của vật liệu tiên tiến. Đặc biệt, chúng đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu chất siêu dẫn — những vật liệu có khả năng truyền điện mà không sinh nhiệt ở nhiệt độ thấp. Từ trường cao còn mở ra cơ hội quan sát những hiện tượng vật lý mới, giúp làm sáng tỏ thêm về lĩnh vực vật lý vật chất ngưng tụ.
Theo Alexander Eaton, nhà vật lý tại Đại học Cambridge, mỗi tesla bổ sung trong từ trường sẽ cải thiện đáng kể độ chính xác của các phép đo khoa học. Điều này giúp các nhà nghiên cứu phát hiện những hiện tượng vật lý tinh vi hơn và nâng cao độ phân giải trong thí nghiệm.
Tuy nhiên, mặc dù có nhiều ưu điểm trong việc tạo ra từ trường mạnh, nam châm điện trở vẫn đối mặt với một thách thức lớn về mức tiêu thụ năng lượng. Để duy trì từ trường 42,02 Tesla, nam châm của CHMFL tiêu tốn đến 32,3 megawatt điện — một con số khổng lồ, đòi hỏi sự biện minh mạnh mẽ về lợi ích khoa học khi sử dụng nguồn tài nguyên này. Mức tiêu thụ năng lượng đáng kể này là một điểm yếu của công nghệ nam châm điện trở, làm cho chi phí vận hành trở nên vô cùng tốn kém.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đang tập trung phát triển các loại nam châm lai và nam châm siêu dẫn thế hệ mới, có khả năng tạo ra từ trường mạnh mẽ hơn trong khi tiêu thụ ít năng lượng hơn. Năm 2019, Viện Từ trường Cao Quốc gia Hoa Kỳ (NHMFL) đã chế tạo thành công một nam châm siêu dẫn nhỏ đạt 45,5 Tesla trong thời gian ngắn. Hiện họ đang nghiên cứu một phiên bản lớn hơn với từ trường lên đến 40 Tesla. Đồng thời, nhóm nghiên cứu tại Viện Từ trường Cao Quốc gia Trung Quốc (CHMFL) cũng đang phát triển nam châm hybrid với khả năng tạo ra từ trường lên tới 55 Tesla.
Những loại nam châm như nam châm siêu dẫn và nam châm hybrid, hứa hẹn sẽ mang lại hiệu suất vận hành vượt trội so với nam châm điện trở hiện nay. Chúng không chỉ tiêu tốn ít năng lượng hơn mà còn giúp giảm chi phí vận hành. Tuy nhiên, các công nghệ này vẫn đối mặt với những thách thức, đặc biệt là chi phí xây dựng ban đầu rất cao và hệ thống làm mát phức tạp đi kèm.
Trong tương lai, với sự tiến bộ của công nghệ, những nam châm mạnh mẽ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn sẽ giúp các nhà khoa học khám phá sâu hơn vào thế giới vật lý, mở ra những hiểu biết mới về vũ trụ và các hiện tượng tự nhiên.
