Nam châm một loại vật liệu được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực. Từ điện tử, sản xuất cho đến ngành hạt nhân. Loại vật liệu này đều có vai trò quan trọng. Mỗi một lĩnh vực cần những loại nam châm khác nhau. Do đó có rất nhiều nghiên cứu cải tiến loại vật liệu này được công bố. Và chúng có tính thực tiễn rất cao. Góp phần nâng cao kỹ thuật của các lĩnh vực chúng góp mặt. Từ những nghiên cứu vật liệu siêu mỏng cho đến những khối vật liệu khổng lồ. Chúng đều rất quan trọng và tạo ra sự đột phá đáng kể cho cuộc sống con người.
Nam châm siêu mỏng hoạt động ở nhiệt độ phòng
Sự ra đời của nam châm siêu mỏng hoạt động ở nhiệt độ phòng. Có thể dẫn tới nhiều bước tiến lớn trong lĩnh vực vi tính và vật lý lượng tử. Thiết kế này là sản phẩm của các chuyên gia đến từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học California, Berkeley. Sử dụng kỹ thuật có thể dễ dàng mở rộng quy mô. Loại nam châm này bao gồm một lớp nguyên tử oxit kẽm xen kẽ với các nguyên tử coban. Nhóm nghiên cứu sử dụng một cơ chế khác biệt để tạo ra nam châm 2D. Các nguyên tử tự do trong oxit kẽm sẽ bảo lưu từ tính của coban.
Độ dày của nam châm chỉ bằng khoảng một phần triệu một tờ giấy. Nhưng vẫn linh hoạt và có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng. Nhờ đó, thiết kế nam châm siêu mỏng có thể ứng dụng trong lưu trữ dữ liệu điện tử học spin. Trong đó thông tin được mã hóa bằng spin của điện tử thay vì điện tích. Nhà khoa học vật liệu Jie Yao ở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và cộng sự công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications.
Cơ chế hoạt động
Rui Chen, đồng nghiệp của Yao, nhận xét phát hiện rất thú vị bởi cơ chế mới giúp tạo ra vật liệu từ 2D. Những bộ nhớ hiện nay thường sử dụng phim từ tương đối mỏng. Nhưng xét ở cấp nguyên tử, chúng vẫn có ba chiều (3D). Với độ dày bằng hàng trăm tới hàng nghìn nguyên tử. Nam châm hai chiều (2D) mỏng và nhỏ hơn. Rất hấp dẫn với giới nghiên cứu bởi chúng có tiềm năng lưu trữ dữ liệu ở mật độ cao hơn nhiều. Đòi hỏi ít không gian hơn để chứa cùng lượng thông tin.
Dù vật liệu từ 2D có nhiều hứa hẹn, những nam châm như vậy thường chỉ hoạt động trong điều kiện giới hạn. Trở nên kém ổn định về mặt hóa chất và không thể dùng ở gần nhiệt độ phòng. “Các nam châm 2D hiện nay cần nhiệt độ rất thấp để hoạt động. Nhưng do nhiều lý do thực tế, trung tâm dữ liệu cần vận hành ở nhiệt độ phòng”, Yao giải thích. “Về mặt lý thuyết, chúng tôi biết nam châm càng nhỏ, mật độ dữ liệu tiềm năng của đĩa càng lớn. Sản phẩm của chúng tôi không chỉ là nam châm 2D đầu tiên hoạt động ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn. Mà còn là nam châm đầu tiên đạt giới hạn 2D đích thực với độ mỏng bằng một nguyên tử”.
Cơ chế phía sau từ tính của vật liệu mà họ gọi là nam châm oxit kẽm van der Waals; nằm ở quá trình electron tự do từ oxit kẽm (không có từ tính). Đóng vai trò như vật trung gian. Đảm bảo nguyên tử coban ở lớp nguyên tử quay đúng hướng, nhờ đó duy trì từ tính.
Nam châm mạnh nhất thế giới sử dụng cho lò phản ứng hạt nhân
Module đầu tiên của nam châm mạnh gấp 280.000 lần từ trường Trái Đất sắp được chuyển tới lò phản ứng ITER. Các kỹ sư ở Mỹ đang chuẩn bị để vận chuyển bộ phận đầu tiên của nam châm mạnh nhất thế giới tới Pháp. Giúp cung cấp năng lượng cho lò phản ứng tổng hợp hạt nhân tiên tiến. Nam châm mang tên Central solenoid, sẽ trở thành “trái tim” của lò phản ứng tổng hợp hạt nhân lớn nhất thế giới, ITER.
Thí nghiệm quốc tế này bao gồm 35 quốc gia thành viên. Với mục tiêu chứng minh tính khả thi của việc sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân bền vững để tạo ra điện. Trong phản ứng tổng hợp hạt nhân, nguyên tử nhỏ kết hợp để tạo ra nguyên tử lớn hơn trong phản ứng giải phóng năng lượng khổng lồ.
Khi lắp ráp hoàn chỉnh, Central solenoid sẽ cao 18 m và rộng 4,3 m. Có thể sản sinh từ trường 13 tesla, mạnh gấp 280.000 lần từ trường Trái Đất. Đủ để nhấc bổng cả tàu sân bay nặng khoảng 90.700 tấn.
Central solenoid sẽ là nam châm điện lớn và mạnh nhất từng được chế tạo; theo John Smith, giám đốc kỹ thuật và dự án tại General Atomics, công ty sản xuất nam châm. Central solenoid bao gồm 6 module riêng lẻ xếp chồng lên nhau ở trung tâm của lò phản ứng ITER. Toàn bộ nam châm cao bằng tòa nhà 4 tầng và nặng 907 tấn.
