Hiện tượng vật lý mới tạođột phá lớn Graphen là một dạng đồng hình bất thường của cacbon, gồm một lớp nguyên tử và càng ngày người ta càng phát hiện ra những tính chất mới đầy bất ngờ củ
Trang 1Hiện tượng vật lý mới tạo
đột phá lớn
Graphen là một dạng đồng hình bất thường của cacbon, gồm một lớp nguyên tử và càng ngày người ta càng phát hiện ra những tính chất mới đầy bất ngờ của vật liệu kỳ diệu đã mang lại cho hai nhà vật lý gốc Nga giải Nobel này.
Trên Tạp chí Science số mới, một nhóm các nhà khoa học Mỹ từ nhiều Viện nghiên cứu khác nhau dưới sự chủ trì của Michael Krommi, Viện Vật liệu học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence, đồng thời là giáo sư Vật lý trường Đại học California ở Berkeley đã công bố một công trình có tiếng vang lớn trong giới khoa học
Trang 2Họ đã tạo ra một trường giả từ tính (pseudomagnetic field) có cường độ lớn hơn nhiều so với bất cứ từ trường nào tạo ra được trong phòng thí nghiệm bằng cách kéo giãn một màng mỏng graphen
Krommi viết: “Chúng tôi đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng khi kéo căng
graphen sẽ tạo ra những bọt kích thước nano trên nền platin, trong các bọt đó các electron có tính chất giống như chúng bị tác dụng của từ trường cảm ứng trên 300 Tesla trong khi không hề có từ trường nào
Đó là hiện tượng vật lý hoàn toàn mới, chưa từng xảy ra trong Khoa học cơ bản”
Kỷ lục hiện nay để tạo ra một từ trường vĩnh cửu trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp truyền thống là 85 Tesla, cao hơn nữa thì các thanh nam châm sẽ bị phá huỷ
Còn trong trường hợp này, không có một từ trường nào nhưng các electron vẫn
“cư xử” giống như khi đặt chúng vào một từ trường với mật độ từ thông cực kỳ lớn
là hàng trăm Tesla, nghĩa là lớn hơn từ trường của Trái đất hàng chục triệu lần
Chính ý tưởng tạo ra một trường giả từ tính bằng cách làm biến dạng graphen đã được các nhà vật lý lý thuyết đề cập đến cách đây không lâu, ví dụ vào đầu năm
2010, nhà vật lý Tây Ban Nha Francisco Guinea, Viện vật liệu học Madrid đã tiên đoán là khi kéo giãn graphen theo ba hướng của tinh thể thì các electron trong đó
sẽ “ứng xử” như khi được đặt trong một từ trường cực mạnh Nguyên nhân của hiện tượng này là độ dài liên kết giữa các nguyên tử bị thay đổi, do vậy giữa chúng các electron tự do có thể chuyển động dễ dàng
Guinea cũng là một trong những tác giả của công trình nghiên cứu lần này
Trong vật lý cổ điển, các electron chuyển động trong từ trường theo những quỹ đạo xiclotron (cyclotron orbit) Còn trong cơ học lượng tử, các quỹ đạo xiclotron
Trang 3được lượng tử hoá phân chia ra theo những mức năng lượng phân tán (discrete energy level) gọi là các mức năng lượng Landau
Số lượng các electron ở các mức phụ thuộc vào cường độ của từ trường - từ
trường càng mạnh thì các electron “len lỏi vào” càng nhiều và các electron ở mỗi mức cũng càng nhiều Chính điều này cũng hình thành khi graphen biến dạng mà không có một từ trường nào
Hiện tượng kỳ lạ này được phát hiện gần như tình cờ khi nghiên cứu lớp graphen trên đế platin nhờ kính hiển vi đường hầm quét Sau khi phát hiện ra hiện tượng bất thường của dòng điện trong graphen, Krommi đã chứng minh lý thuyết của họ
là một vấn đề khác hoàn toàn với lý thuyết của Antonio Castro-Neto, trường Đại học Boston
Kính hiển vi cũng cho thấy sự xuất hiện những bọt nano (nanobubble) trên bề mặt graphen - sự biến dạng hình tam giác có dạng những hình chóp kim tự tháp, chiều dài từ 4 đến 10 nanomet Sự phá huỷ mật độ của trạng thái electron liên quan đến những bọt này Hiệu ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng
Công trình sẽ mở ra nhiều triển vọng rộng lớn trong khoa học và công nghệ, hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lý thuyết mới cũng như nhiều phát minh trong khoa học cơ bản - tất cả đều dựa trên các tính chất rất độc đáo của graphen
Ngoài Krommi, Guinea và Castro-Neto, các tác giả của công trình là Niv Levi, Sara Berk, Casey Miker, Melissa Panlasigvi và Alex Zettle
Trang 4Những điều cần biết về đèn
cực tím UV
ĐÈN CỰC TÍM (UV) Có cấu tạo gần giống như bóng đèn huỳnh quang thông dụng Tuy nhiên, thay vì cho ánh sáng đi qua là tia cực tím (tia UV)
Có mấy loại Tia cực tím (UV)?
Có 3 loại: UVA, UVB và UVC Tia cực tím là những dao động trong phạm vi từ
10 nghìn đến 100 nghìn triệu triệu lần mỗi giây (tần số giữa 1015 và 1016 Hertz), nhanh hơn ánh sáng từ 1 nghìn đến 10 nghìn lần Nhưng mọi tia đều bị yếu đi với khoảng cách giống như những vòng tròn mà một hòn đá gây ra trên bề mặt nước khi ta ném nó xuống nước
UVA với bước sóng từ 400 đến 315 nanomet là gần nhất với phạm vi con mắt ta trông thấy được (1 nanomet (nm) bằng 1 phần tỷ mét) Đó cũng là vùng có năng lượng yếu nhất Ngược lại nó thâm nhập sâu nhất vào da và tham gia một phần làm cho da rám lại UVB (315 đến 280 nm) còn dữ dội hơn UVA Thâm nhập qua khí quyển, nó là tác nhân chính gây rám da, nhưng cũng là tác nhân gây ung thư da và bệnh đục thủy tinh thể UVC (280 đến 100 nm) là mạnh nhất và do đó nguy hiểm nhất Tất cả đều thâm nhập qua tầng ôzôn, nó không tới được Trái đất
Trang 5Tại sao Tia cực tím lại cần thiết?
UVB do da hấp thụ đã kéo theo việc tổng hợp vitamin D là chất cần thiết cho xương Qua 1 giờ trên bãi biển cơ thể tổng hợp được lượng vitamin D cần thiết trong 1 tháng UVA có tác dụng chữa trị bệnh vẩy nến, cũng giống như khi ta dùng đèn chiếu tia UVA UVB và UVC khử khuẩn cho nước và các dụng cụ phẫu thuật Đèn UV có thể được dùng để lọc sạch không khí ở các hệ thống sưởi ấm, thông gió
và ở hệ thống điều hòa nhiệt độ của các phòng làm việc
Tại sao dùng ở liều lượng cao Tia cực tím lại độc hại?
Các Tia cực tím đã làm trầm trọng thêm sự ô nhiễm quang hóa tấn công vào các mô sống Ai cũng biết thành phần của nó mà ai cũng biết là ôzôn (ở tầng khí quyển thấp) gây nghẹt thở và không có mùi vị gì
Các tia UVA và UVB gây cảm nắng Về lâu dài những tác động của các tia này
là làm suy yếu hệ miễn dịch do đó cơ thể chống đỡ kém với một số chủng virus Virus bệnh herpes chẳng hạn đã hoạt động trở lại dưới ánh Mặt trời Một nguy cơ khác nữa: gây những đột biến của các tế bào da hoặc các dạng ung thư
ỨNG DỤNG ĐÈN CỰC TÍM TRONG XỬ LÝ NƯỚC
Nhờ khả năng tiêu diệt vi khuẩn mạnh mẽ, đèn UV được ứng dụng trong việc
sử lý nước uống ngay mà không cần đun sôi Các thiết bị lọc nước thế hệ cũ thường được trang bị đèn cực tím Hệ thống này có ba lõi lọc làm sạch nước sau đó bố trí đèn cực tím phía sau cùng để xử lý khuẩn
Tuy nhiên, hệ thống này có khá nhiều nhược điểm
Trang 6- Tốc độ dòng chảy quá nhanh có thể chưa hoàn toàn tiêu diệt hết vi khuẩn.
- Diệt khuẩn, nhưng không loại trừ xác vi khuẩn được (Nước để sau nhiều ngày vẫn bị thiu do vi khuẩn mới xâm nhập ăn xác vi khuẩn cũ)
- Đèn cực tím khá đắt và hay vỡ