Một khám phá mang tính đột phá vừa được công bố trên tạp chí uy tín Nature Physics, hé lộ rằng những viên nước đá bình thường có khả năng tạo ra điện khi bị uốn cong hoặc xoắn. Phát hiện này không chỉ thay đổi cách nhìn của chúng ta về băng mà còn có thể là chìa khóa giải mã bí ẩn lâu đời về sự hình thành của sấm sét.
Băng có thể tạo ra điện khi bị uốn cong hoặc xoắn.
Từ lâu, các nhà khoa học đã bối rối trước một nghịch lý khi băng trong tự nhiên rõ ràng có khả năng tích điện, thể hiện qua những cú sét khổng lồ hình thành từ va chạm của các hạt băng trong mây dông. Tuy nhiên, cấu trúc tinh thể lục phương của băng lại ngăn cản nó sở hữu hiệu ứng áp điện (piezoelectric) – cơ chế tạo ra điện từ áp suất cơ học phổ biến ở nhiều loại tinh thể khác.
Giờ đây, một nhóm các nhà khoa học do nhà vật lý nano Xin Wen dẫn đầu đã tìm ra lời giải. Họ chứng minh rằng băng sở hữu một đặc tính khác, gọi là hiệu ứng flexoelectric (áp-uốn điện).
Trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã uốn cong một phiến băng đặt giữa hai điện cực và ghi nhận được một dòng điện phát sinh. Điều quan trọng là cơ chế này hoạt động ở mọi dải nhiệt độ, từ mức cực lạnh cho đến 0 độ C. Về cơ bản, bất cứ khi nào băng bị biến dạng cơ học như uốn, kéo căng hay xoắn, nó đều có thể tạo ra điện.
Phát hiện không dừng lại ở đó. Khi hạ nhiệt độ xuống dưới -113 độ C, một bất ngờ nữa xuất hiện khi bề mặt băng hình thành một lớp mỏng có tính sắt điện (ferroelectric). Điều này có nghĩa là bề mặt băng có thể tự phân cực điện một cách tự nhiên và có thể bị đảo chiều, tương tự như các cực của một nam châm.
Như vậy, băng không chỉ có một mà đến hai cách để tạo ra điện, tùy thuộc vào nhiệt độ.
Phát hiện này có ý nghĩa sâu sắc trên hai phương diện. Về mặt vật liệu, nó đặt băng "ngang hàng với các vật liệu gốm điện môi" tiên tiến như titan dioxide, vốn được dùng trong các cảm biến và tụ điện.
Băng có đến hai cách tạo ra điện.
Quan trọng hơn, nó cung cấp một lời giải thích hợp lý cho sự hình thành của sét. Điện thế được tạo ra từ hiệu ứng flexoelectric trong thí nghiệm tương ứng chặt chẽ với năng lượng sinh ra từ các hạt băng va chạm trong mây dông. Đây là manh mối thuyết phục nhất từ trước đến nay về cách các hạt băng tích điện ban đầu.
"Với kiến thức mới này, chúng tôi sẽ xem xét lại các quá trình liên quan đến băng trong tự nhiên", ông Wen chia sẻ. Nghiên cứu này một lần nữa cho thấy, ngay cả những vật liệu quen thuộc nhất quanh ta vẫn còn ẩn chứa những bí mật đáng kinh ngạc, chờ đợi được khoa học khám phá.
