Láng giềng Việt Nam tạo đột phá hạt nhân chưa từng có, mở đường cho định vị không cần GPS
Với khả năng đạt bước sóng 145,2nm - vượt qua các chuẩn trước đó - tinh thể mới của Trung Quốc được xem là mảnh ghép còn thiếu trong cuộc đua phát triển đồng hồ hạt nhân thế hệ tiếp theo.
Các nhà khoa học tại Tân Cương đã tạo ra tinh thể đầu tiên trên thế giới có khả năng tạo ra tia cực tím cần thiết cho thế hệ đồng hồ hạt nhân thorium trong tương lai - công nghệ có thể dẫn đường cho tàu ngầm và tàu thăm dò không gian sâu mà không cần GPS.
Hợp chất borat flo hóa này có thể đẩy bước sóng laser xuống mức kỷ lục 145,2 nanomet (nm) - đủ ngắn để đáp ứng yêu cầu then chốt của các mẫu đồng hồ siêu chính xác, có tính di động cao đang được phát triển tại Mỹ, Trung Quốc và nhiều nơi khác.
Thành tựu này vượt qua các tiêu chuẩn trước đó do tinh thể potassium beryllium fluoroborate - được Trung Quốc phát triển từ những năm 1990 - nắm giữ. Vật liệu này chỉ đạt khoảng 150nm, chưa chạm tới ngưỡng mục tiêu 148,3nm cần thiết cho các hệ đồng hồ nói trên.
Theo nhóm nghiên cứu do Pan Shilie tại Viện Kỹ thuật Vật lý và Hóa học Tân Cương dẫn dắt, công trình mở ra hướng tiếp cận mới trong thiết kế vật liệu tử ngoại sâu thế hệ tiếp theo, đồng thời “đặt nền móng cho việc phát triển thực tiễn đồng hồ hạt nhân thorium-229”.
Khác với đồng hồ nguyên tử truyền thống - vốn dựa trên dao động của electron - đồng hồ hạt nhân đo thời gian bằng dao động bên trong hạt nhân nguyên tử. Do hạt nhân ít bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh, công nghệ này hứa hẹn đạt độ chính xác cao hơn đáng kể, cho phép định vị trong những môi trường GPS không hoạt động như không gian sâu hoặc dưới nước.
Cũng như các đồng hồ tiên tiến khác, thiết bị sử dụng nguyên tử thorium, kết hợp với laser để kích thích và bộ dò để ghi nhận tín hiệu. Laser phải được điều chỉnh tới bước sóng cực kỳ chính xác để “kích hoạt” dao động của hạt nhân, với nhịp thời gian được xác định dựa trên mức độ phản hồi ổn định của nó.
Việc tạo ra chính xác bước sóng tia cực tím này là một trong những thách thức lớn nhất. Các nhà khoa học có thể xây dựng hệ laser phức tạp cỡ phòng thí nghiệm để tạo trực tiếp, hoặc sử dụng các tinh thể đặc biệt giúp biến ánh sáng laser thông thường thành dạng phù hợp.
Tuy nhiên, việc tìm ra vật liệu như vậy không dễ dàng, do nó phải đồng thời đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe: cho phép ánh sáng cực tím sâu truyền qua, bẻ cong ánh sáng theo cách chính xác và chuyển đổi hiệu quả - những đặc tính hiếm khi hội tụ trong cùng một tinh thể.
Để giải bài toán này, nhóm nghiên cứu tại Tân Cương lựa chọn cách tiếp cận thiết kế có chủ đích, tinh chỉnh các “khối cấu trúc” hóa học trong tinh thể borat flo hóa nhằm dung hòa những yêu cầu vốn đối nghịch nhau. Hướng đi này giúp họ tạo ra cấu trúc mới có thể đạt bước sóng ngắn hơn.
Một trong các tinh thể mới đã đạt mức 145,2nm với hiệu suất chuyển đổi cao gấp nhiều lần so với vật liệu tiêu chuẩn. Điều này đồng nghĩa với việc nhiều năng lượng laser đầu vào được chuyển hóa thành ánh sáng cực tím cần thiết hơn, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và dễ triển khai hơn.
Nếu có thể sản xuất ổn định và quy mô lớn, vật liệu này có thể giúp thu nhỏ các hệ đồng hồ hạt nhân từ quy mô phòng thí nghiệm thành thiết bị gọn nhẹ.
