Vật liệu mới lạ chưa từng thấy trong tự nhiên được tìm thấy tại địa điểm thử bom nguyên tử năm 1945

Vào ngày 16 tháng 7 năm 1945, trong vụ thử bom nguyên tử mang tên Trinity tại sa mạc New Mexico, một vật liệu hoàn toàn mới đã hình thành tự phát. Mới đây, một nhóm nghiên cứu quốc tế do nhà địa chất Luca Bindi từ Đại học Florence (Ý) điều phối đã xác định được cấu trúc của vật liệu này: một loại clathrate dựa trên canxi, đồng và silic. Đây là vật liệu chưa từng được quan sát thấy trong tự nhiên hay được tạo ra nhân tạo trong phòng thí nghiệm.

Clathrate là gì?

Thuật ngữ "clathrate" dùng để chỉ các vật liệu có cấu trúc giống như "lồng", có khả năng giữ các nguyên tử và phân tử khác bên trong, mang lại cho chúng những tính chất độc đáo. Các vật liệu này đang được nghiên cứu rộng rãi vì lợi ích công nghệ của chúng, bao gồm ứng dụng trong chuyển đổi năng lượng (làm vật liệu nhiệt điện biến nhiệt thành điện), phát triển bán dẫn mới, cũng như lưu trữ khí và hydro cho các công nghệ năng lượng tương lai.

Khám phá trong Trinitite

Để tìm ra vật liệu mới, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào trinitite - một loại thủy tinh silicat chứa các pha kim loại hiếm được tạo ra từ vụ nổ. Sử dụng các kỹ thuật như nhiễu xạ tia X, nhóm nghiên cứu đã xác định được một loại clathrate loại I dựa trên canxi, đồng và silic nằm trong một giọt kim loại giàu đồng nhỏ nhúng trong mẫu trinitite màu đỏ.

Theo các nhà nghiên cứu, vật liệu mới này hình thành tự phát trong quá trình detonation hạt nhân. Điều này cho thấy rằng các điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như nhiệt độ và áp suất cực cao, có thể tạo ra những vật liệu mà các phương pháp truyền thống không thể thực hiện được.

Phòng thí nghiệm tự nhiên

Khám phá này càng trở nên thú vị hơn khi trong cùng một sự kiện nổ, một vật liệu cực kỳ hiếm khác cũng đã được hình thành: tinh thể bán định hình (quasicrystal) giàu silic, đã được nhóm của Bindi ghi nhận vài năm trước.

Luca Bindi từng chia sẻ với WIRED rằng tinh thể bán định hình là thứ không phải là tinh thể nhưng lại trông rất giống tinh thể. "Đặc điểm của chúng là sự sắp xếp nguyên tử không tuần hoàn nhưng gần như tuần hoàn, tạo ra những đối xứng đáng kinh ngạc từ đó dẫn đến các tính chất vật lý phi thường, trong số đó rất khó để dự đoán," ông nói.

Việc thiết lập mối liên hệ giữa các cấu trúc này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách các nguyên tử sắp xếp dưới điều kiện khắc nghiệt và mở rộng khả năng thiết kế vật liệu mới. "Các sự kiện như vụ nổ hạt nhân, sét đánh hoặc va chạm của thiên thạch hoạt động như những phòng thí nghiệm tự nhiên thực sự," các nhà nghiên cứu giải thích. "Chúng cho phép chúng ta quan sát các dạng vật chất mà chúng ta không thể dễ dàng tái tạo trong phòng thí nghiệm."

Về bản chất, nghiên cứu này mở ra những chân trời mới cho sự phát triển của các công nghệ đổi mới, chứng minh rằng ngay cả những sự kiện phá hủy cũng để lại những khám phá hữu ích cho tương lai.