Chưa bao giờ trong lịch sử các nhà khoa học phát triển được các loại vật liệu từ tính nhanh như hiện nay.
Bằng cách sử dụng phần mềm để dự đoán năng lượng nguyên tử, tính ổn định và các tương tác khác trên mô hình máy tính, các nhà nghiên cứu đã rút ngắn danh sách 236.115 hợp chất xuống chỉ còn 14 hợp chất tiềm năng có thể sử dụng, bằng tốc độ đáng kinh ngạc.
Theo nhóm nghiên cứu của Đại học Duke, đó là cải tiến vĩ đại so với các phương pháp thử sai truyền thống hiện đang được các nhà khoa học sử dụng.
Một trong số những nhà nghiên cứu, Stefano Curtarol của Trung tâm Vật liệu Genomics tại Duke, cho biết: “Dự đoán nam châm tiềm năng là một việc khó nhằn và phát hiện ra chúng càng hiếm hơn. Bằng quá trình kiểm tra bình thường, chúng tôi phải mất nhiều năm tổng hợp các dự đoán”.
Phương pháp tuyệt vời này còn có thể dẫn giúp phát hiện nhanh chóng các nam châm mới ứng dụng cho tất cả các mục đích, từ thiết bị y tế đến động cơ xe hơi.
Hai vật liệu mới dưới kính hiển vi.
Nghiên cứu công bố trong tạp chí Science Advances cho biết, các nhà khoa học nói trên đã tập trung vào một loại vật liệu được gọi là hợp kim Heusler, gồm các nguyên tử được bố trí trong ba cấu trúc riêng biệt, tạo ra tổng cộng 236.115 kết hợp khác nhau.
Bằng cách sử dụng mô hình các nguyên mẫu tiềm năng trên máy tính – trong đó có tính toán khả năng nguyên tử có thể tương tác như thế nào và năng lượng có thể cần thiết là bao nhiêu – danh sách này đã được nhanh chóng giảm xuống đáng kể.
Ngoài ra, các mô hình cũng có thể tìm kiếm momen từ (magnetic moment: là thước đo độ mạnh yếu của nguồn từ) trong mỗi hợp chất hoặc cách chúng sẽ phản ứng với từ trường bên ngoài thế nào.
Cuối cùng, các nhà khoa học đã có 14 ứng viên để tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Mặc dù quá trình tổng hợp vẫn còn tương đối chậm, nhưng việc nghiên cứu một số ít các hợp chất tiềm năng dễ dàng hơn so với việc tìm ra sự kết hợp đúng đắn trong một nhóm 236.115 hợp chất. Đó là lý do tại sao kỹ thuật dùng mô hình máy tính được cho là cực kỳ hữu ích.
Từ 14 hợp chất được máy tính chọn, các nhà khoa học tiếp tục xem xét được 4 hợp chất và rồi cuối cùng là 2 hợp chất được phát triển trong vài năm.
Vật liệu mới đầu tiên là Co2MnTi, kết hợp giữa coban, mangan và titan. Nhờ máy tính, các nhà nghiên cứu có thể dự đoán khá chính xác thuộc tính của nam châm mới này, bao gồm cả nhiệt độ Curie (điểm khi vật liệu bị mất tính từ). Nhiệt độ này lên tới 938 Kelvin (1.228 độ Fahrenheit), rất gần với dự đoán 940 Kelvin (1.232 độ Fahrenheit), làm cho vật liệu mới có thể hữu ích trong nhiều ứng dụng thương mại.
Chất liệu từ mới thứ hai là Mn2PtPd, kết hợp giữa mangan, bạch kim và palladium. Mn2PtPd là một nam châm phản sắt từ (antiferromagnet), vật liệu không có moment nội từ riêng nhưng các electron vẫn đáp ứng với từ trường bên ngoài. Vật liệu này có thể được sử dụng trong các ổ đĩa cứng, bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM), và các thiết bị cảm biến từ trường.
Khả năng ứng dụng của 2 vật liệu từ tính mới rất cao nhưng quan trọng hơn, phương pháp sử dụng để tìm ra các vật liệu này mới là điều quan trọng nhất. Curtarolo nói: “Khả năng dự đoán nhanh sự tồn tại của chúng (vật liệu từ) là một cuộc đổi mới lớn và là vô giá đối với các nhà khoa học vật liệu đang tiến lên phía trước”.
