Hail the Judge
Ta chơi xong không trả tiền, vậy đâu có gọi là bán
Nhờ vào khả năng tính toán thần tốc của siêu máy tính Frontier, các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp sản xuất BC8 – loại kim cương siêu cứng được cho là chỉ tồn tại trong lõi của các hành tinh khổng lồ. Frontier, siêu máy tính "đỉnh" nhất thế giới hiện đang được đặt tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (Mỹ), đã giúp nhóm nghiên cứu do giáo sư Ivan Oleynik dẫn đầu tại Đại học Nam Florida (Mỹ) giải mã bí mật hình thành BC8. Nghiên cứu đột phá này đã được công bố trên tạp chí The Journal of Physical Chemistry Letters.
Là vật liệu tự nhiên cứng nhất Trái đất, kim cương không chỉ là món trang sức xa xỉ mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ khoan thăm dò địa chất đến chế tạo chất bán dẫn cho pin hạt nhân. BC8 hứa hẹn sẽ còn hữu dụng hơn nữa bởi độ cứng vượt trội so với kim cương thông thường. Tuy nhiên, giới khoa học tin rằng loại vật liệu này chỉ tồn tại ở nhiệt độ và áp suất cực lớn, tương tự như điều kiện trong lõi của những hành tinh có kích thước gấp ít nhất 2 lần Trái đất.
Việc tổng hợp BC8 trong phòng thí nghiệm là hoàn toàn khả thi, nhưng đòi hỏi phải tái tạo môi trường khắc nghiệt với áp suất gấp 10 triệu lần áp suất khí quyển Trái đất và nhiệt độ gần bằng bề mặt Mặt trời. Do đó, việc tiến hành các thí nghiệm vật lý để chế tạo BC8 là gần như bất khả thi.
Đây là lúc siêu máy tính Frontier phát huy sức mạnh. Với khả năng chạy hàng triệu mô hình hóa nguyên tử trong hàng triệu điều kiện khác nhau, Frontier giúp các nhà khoa học xác định chính xác những yếu tố cần thiết để tạo ra BC8. Theo giáo sư Oleynik, những siêu máy tính khác không đủ mạnh để thực hiện nhiệm vụ này.
"Nghiên cứu này đòi hỏi chúng tôi phải mô phỏng hơn 1 tỷ nguyên tử, đồng thời chạy 1 triệu bước thời gian trong mô hình động lực học phân tử. Chúng tôi đã thử sử dụng một số siêu máy tính khác, nhưng không có cỗ máy nào đủ mạnh để xử lý lượng nguyên tử lớn đến vậy", giáo sư Oleynik chia sẻ.
Sau 24 giờ chạy module phần mềm LAMMPS trên 8.000 trong số hơn 9.400 node của Frontier (mỗi node là một máy tính hoặc máy chủ riêng lẻ), nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một bước then chốt và bất ngờ trong quá trình biến đổi carbon thành BC8: Kim cương truyền thống cần phải được nung chảy trước khi dung dịch carbon có thể tự sắp xếp lại thành cấu trúc siêu bền vững của BC8.
"Liên kết carbon trong kim cương rất mạnh. Chúng ta cần phải nung chảy kim cương để biến đổi nó thành dạng tinh thể BC8 mới. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta cần tạo ra áp suất và nhiệt độ khắc nghiệt hơn nữa – gấp 12 triệu lần áp suất khí quyển Trái đất và khoảng 4.700 độ C, gần bằng nhiệt độ bề mặt Mặt trời", giáo sư Oleynik cho biết. Các nhà khoa học tin rằng những điều kiện khắc nghiệt như vậy có thể tạo ra bằng cách sử dụng một loạt sóng xung kích.
Nhóm nghiên cứu hiện đang tiến hành thử nghiệm tổng hợp BC8 tại cơ sở National Ignition Facility (NIF) thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (Mỹ). NIF là cơ sở tổng hợp hạt nhân có kích thước tương đương một sân vận động, được trang bị 192 chùm tia laser năng lượng cao, có khả năng tạo ra nhiệt độ hơn 100 triệu độ C và áp suất trên 100 tỷ atm. "Nhờ có Frontier, chúng tôi có cơ hội thành công rất cao. Đây vẫn là một thách thức cực lớn và không có gì là chắc chắn, nhưng chúng tôi rất tự tin vào kết quả", giáo sư Oleynik chia sẻ.
Là vật liệu tự nhiên cứng nhất Trái đất, kim cương không chỉ là món trang sức xa xỉ mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ khoan thăm dò địa chất đến chế tạo chất bán dẫn cho pin hạt nhân. BC8 hứa hẹn sẽ còn hữu dụng hơn nữa bởi độ cứng vượt trội so với kim cương thông thường. Tuy nhiên, giới khoa học tin rằng loại vật liệu này chỉ tồn tại ở nhiệt độ và áp suất cực lớn, tương tự như điều kiện trong lõi của những hành tinh có kích thước gấp ít nhất 2 lần Trái đất.
Việc tổng hợp BC8 trong phòng thí nghiệm là hoàn toàn khả thi, nhưng đòi hỏi phải tái tạo môi trường khắc nghiệt với áp suất gấp 10 triệu lần áp suất khí quyển Trái đất và nhiệt độ gần bằng bề mặt Mặt trời. Do đó, việc tiến hành các thí nghiệm vật lý để chế tạo BC8 là gần như bất khả thi.
Đây là lúc siêu máy tính Frontier phát huy sức mạnh. Với khả năng chạy hàng triệu mô hình hóa nguyên tử trong hàng triệu điều kiện khác nhau, Frontier giúp các nhà khoa học xác định chính xác những yếu tố cần thiết để tạo ra BC8. Theo giáo sư Oleynik, những siêu máy tính khác không đủ mạnh để thực hiện nhiệm vụ này.
"Nghiên cứu này đòi hỏi chúng tôi phải mô phỏng hơn 1 tỷ nguyên tử, đồng thời chạy 1 triệu bước thời gian trong mô hình động lực học phân tử. Chúng tôi đã thử sử dụng một số siêu máy tính khác, nhưng không có cỗ máy nào đủ mạnh để xử lý lượng nguyên tử lớn đến vậy", giáo sư Oleynik chia sẻ.
Sau 24 giờ chạy module phần mềm LAMMPS trên 8.000 trong số hơn 9.400 node của Frontier (mỗi node là một máy tính hoặc máy chủ riêng lẻ), nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một bước then chốt và bất ngờ trong quá trình biến đổi carbon thành BC8: Kim cương truyền thống cần phải được nung chảy trước khi dung dịch carbon có thể tự sắp xếp lại thành cấu trúc siêu bền vững của BC8.
"Liên kết carbon trong kim cương rất mạnh. Chúng ta cần phải nung chảy kim cương để biến đổi nó thành dạng tinh thể BC8 mới. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta cần tạo ra áp suất và nhiệt độ khắc nghiệt hơn nữa – gấp 12 triệu lần áp suất khí quyển Trái đất và khoảng 4.700 độ C, gần bằng nhiệt độ bề mặt Mặt trời", giáo sư Oleynik cho biết. Các nhà khoa học tin rằng những điều kiện khắc nghiệt như vậy có thể tạo ra bằng cách sử dụng một loạt sóng xung kích.
Nhóm nghiên cứu hiện đang tiến hành thử nghiệm tổng hợp BC8 tại cơ sở National Ignition Facility (NIF) thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (Mỹ). NIF là cơ sở tổng hợp hạt nhân có kích thước tương đương một sân vận động, được trang bị 192 chùm tia laser năng lượng cao, có khả năng tạo ra nhiệt độ hơn 100 triệu độ C và áp suất trên 100 tỷ atm. "Nhờ có Frontier, chúng tôi có cơ hội thành công rất cao. Đây vẫn là một thách thức cực lớn và không có gì là chắc chắn, nhưng chúng tôi rất tự tin vào kết quả", giáo sư Oleynik chia sẻ.
