Động cơ hơi nước

I/ ĐỘNG CƠ HƠI NƯỚC ( James Watt ) :
Chuyện hơi nước đẩy nắp ấm đun nước lên đã để lại ấn tượng rất sâu trong cậu bé
Watt, cậu đã suy nghĩ rất nhiều về hiện tượng này.
Watt nghĩ: Một chút hơi nước mà có sức mạnh như vậy, nó nhất định sẽ có công dụng
rất lớn. Nếu ta biết lợi dụng nó có thể làm được nhiệc lớn. Thí dụ: như ta nâng vật
nặng lên cao, kéo vật gì đó chẳng hạn, Watt cảm thấy đây là một cách nghĩ thú vị và rất
nhiều nghĩa.
Lý tưởng thời tuổi trẻ thôi thúc Watt nhỏ càng nỗ lực học tập. Lúc này ông mới biết
trước đó đã có người nghĩ đến việc dùng hơi nước làm động lực... Trước đó không lâu,
năm 1705 Niucômanh đã phát minh ra máy hơi nước Niucômanh.
Nhưng Watt không cam tâm để lý tưởng của mình bị nguội lanh, ông tiếp tục học tập,
miệt mài, nghiên cứu. Watt phát hiện máy hơi nước Niucômanh tuy được dùng rộng rãi
nhưng nó có rất nhiều điểm cần được cải tiến.
Watt phát hiện máy hơi nước Niucômanh còn hạn chế vì hơi nước chưa được sử dụng
triệt để.
Làm thế nào để hơi nước do máy hơi nước sinh ra được sử dụng triệt để?
Chính vì điều này mà Watt đã mất ăn mất ngù.
Vào một buổi sáng nọ, Watt đi bách bộ ngoài sân golf, mặt trời từ từ mọc lên, mặt trời
hồng rọi lên mặt ông. Bỗng nhiên một đám mây đen che khuất mặt trời, trong phút
chốc bầu trời như tối lại, một trận gió thổi qua, mặt đất như xanh hơn, không gian như
rộng hơn, cảm thấy dễ chịu lạ thường.
Ông nhìn lên trời cao, nghĩ lại đám mây đen che kín mặt trời vừa rồi, một ý tưởng mới
xuất hiện trong đầu ông: "Thiết kế bộ ngưng tụ hơi nước, làm cho hơi nước trực tiếp
trở lại trạng thái nước ngay từ ngoài xi lanh, như vậy chẳng phải xi lanh có thể duy trì
được nhiệt độ tương đối cao sao?"
1
Để chế tạo được máy hơi nước kiểu mới, Watt và các trợ lý của ông làm miệt mài
không quản ngày đêm nhưng kết quả vẫn chưa giành được thành công, hơn nữa còn nợ
nần chồng chất, cuộc sống hết sức khó khăn, có lúc thậm chí không còn tiền để ăn nữa.
Watt không nản lòng, ông càng nỗ lực hơn, cuối cùng năm 1765 ông đã chế tạo thành
công một chiếc máy hơi nước.

Loại máy hơi nước này giảm được 3/4 lượng than tiêu thụ so với máy hơi nước
Niucômanh mà hiệu suất nâng cao lên rất nhiều. Thành công lần này là sự cổ vũ lớn
đối với Watt, ông vẫn muốn trực tiếp cải tiến một bước nữa để giảm lượng tiêu hao
than xuống nữa, hiệu suất càng cao hơn.
Năm 1782, ông cho ra đời chiếc máy hơi nước mới đúng như ông đã suy nghĩ:
Máy tiêu hao than ít, hiệu suất làm việc cao. Thành công phát minh ra loại máy hơi
nước này đã làm cho máy hơi nước Niucômanh trở nên quá lạc hậu không còn chỗ
đứng chân.
Máy hơi nước do Watt phát minh nhanh chóng được sử dụng rộng rãi. Tàu thuyền, tàu
hỏa dùng máy móc hơi nước đua nhau ra đời, công nghiệp toàn thế giới nhanh chóng
bước vào "thời đại máy hơi nước".
II/ BÓNG BÁN DẪN ( TRANSITOR ) :
* Hơn 30 triệu bóng bán dẫn 45nm có thể nằm gọn trong một chiếc đầu kim . Xét về
khía cạnh trợ giúp những phát minh và công nghệ thì không có một phát minh nào
quan trọng hơn chiếc bóng bán dẫn (transistor) được tạo ra từ 60 năm trước tại Bell
Labs. Gần như mọi thiết bị điện tử mà chúng ta biết hiện nay sẽ không tồn tại nếu
không có sự ra đời của bóng bán dẫn.
Bóng bán dẫn là những thành phần chính của các bộ vi xử lý, một thiết bị cần thiết
trong nhiều sản phẩm mà chúng ta sử dụng hàng ngày như tivi, xe hơi, radio, thiết bị y
tế, các thiết bị điện tử, máy tính và cả những con tàu vũ trụ nữa.
2
Hãy làm một so sánh nhỏ để thấy được sự phát triển vượt bậc của bóng bán dẫn trong
60 năm qua. Chiếc đài bán dẫn đầu tiên chỉ có 4 bóng bán dẫn và con chip máy tính
đầu tiên của Intel - bộ não của chiếc máy tính PC - chỉ chứa 2.300 bóng bán dẫn. Trong
khi đó con chip mới nhất của Intel dựa trên quy trình sản xuất 45nm được giới thiệu
vào tháng 11/2007 chứa tới 820 triệu bóng bán dẫn. Bóng bán dẫn - “chiếc động cơ
nhỏ bé” - tương tự như là một phiên bản thu nhỏ của “chiếc công tắc bật tắt” hỗ trợ
việc xử lý thông tin trong một chiếc máy tính, đã đưa chúng ta vào thời đại số.
Chiếc bóng bán dẫn liên tục được cải tiến để trở nên nhỏ bé hơn, nhanh hơn và có hiệu
suất sử dụng năng lượng cao hơn sau mỗi một thế hệ. Các kỹ sư của Intel gần đây đã

sử dụng những loại vật liệu mới trong công thức silicon của mình cùng quy trình sản
xuất mới để tạo ra những con chip mới sáng tạo dựa trên vi kiến trúc Intel® Core™
trong đó sử dụng những mạch điện 45nm mới của Intel (chúng nhỏ đến mức 300 chiếc
bóng bán dẫn như vậy có thể được gói gọn trong một tế bào máu của con người).
Phát kiến quan trọng nhất của thế kỷ 20 :
Ngày nay, bóng bán dẫn hay còn gọi là transistor được sản xuất và sử dụng với số
lượng vô cùng lớn trên toàn thế giới. Vào dịp giáng sinh năm 1947, hai nhà khoa học
John Bardeen và Walter Brattain, cộng sự của William Shockley tại phòng thí nghiệm
của Bell Telephone ở Nuray Hill, New York nhận thấy khi tín hiệu điện được đưa vào
các điểm tiếp xúc trên tinh thể germanium thì năng lượng đầu ra lớn hơn năng lượng
đầu vào. Tuy Shockley không có mặt trong lần phát hiện đầu tiên này nhưng trên thực
tế ông được coi là cha đẻ của transistor. Shockley là một người có đầu óc năng động,
ông đã nghiên cứu hiệu ứng vật lý lượng tử của chất bán dẫn. Sau một vài tuần, ông
cho công bố một loạt bài báo có thể coi là cơ sở để đi sâu nghiên cứu chất bán dẫn và
phát triển lý thuyết cơ bản của linh kiện khuyếch đại công suất có cấu tạo ba lớp như
loại bánh sandwich. Năm 1951, các cộng sự của Shockley đã chế tạo được bóng bán
dẫn và chứng minh rằng loại thiết bị mới này hoạt động đúng như lý thuyết đã được
ông dự báo. Trải qua vài thập kỷ, các tiến bộ trong ngành công nghệ bán dẫn đã có ảnh
hưởng cực kỳ quan trọng trong công nghiệp. Một số công ty đề ra ý tưởng và xúc tiến
việc chế tạo transistor thương mại. Nhiều phương pháp mới được sử dụng để tạo ra
loại bóng bán dẫn mà Shockley đã phát minh ra. Các transistor với nhiều kích cỡ và
3
hình dạng tràn ngập thị trường. Phát minh của Shockley đã tạo ra một nền công nghiệp
mới làm nền tảng cho tất cả kỹ thuật điện tử hiện đại, từ máy tính điện tử đến thiếp
chúc mừng có âm thanh kèm theo.
Sự sáng tạo ra bóng bán dẫn cuối năm 1947 có thể là phát kiến quan trọng nhất của thế
kỷ 20. Tất nhiên ảnh hưởng của nó đối với cuộc sống hàng ngày trong thế kỷ 20 và 21
không hề được đánh giá quá mức. “Con bọ”, theo cách gọi trìu mến của những tay chơi
đồ điện tử, được sử dụng lần đầu tiên trong khuếch đại các tín hiệu âm thanh. Chính
bởi vì điều này, thiết bị xách tay vô tuyến đầu tiên của thập niên 50 của thế kỷ trước

được biết đến như là những chiếc đài sử dụng bóng bán dẫn (đài bán dẫn). Nhưng
trong dài hạn thì ứng dụng quan trọng nhất của bóng bán dẫn lại là ở vai trò của một
công tắc đóng mở trong mạch điện tích hợp (IC), được biết đến nhiều hơn dưới dạng
các con chip.
Nhờ vai trò như là một công tắc bé xíu, hàng trăm triệu chiếc bóng bán dẫn cùng nằm
trong những con chip cấu thành trái tim của những thiết bị điện tử mà con người sử
dụng hàng ngày, như máy PC, máy tính xách tay và máy chủ, điện thoại di động, lò vi
sóng, xe hơi... và danh sách này là vô hạn. Trong khi chiếc đài bán dẫn đầu tiên chỉ sử
dụng 4 bóng bán dẫn, con chip mới được giới thiệu vào ngày 12/11 vừa qua chứa tới
820 triệu bóng bán dẫn. Không một con chip nào có thể hoạt động mà không có bóng
bán dẫn, và không một chiếc máy tính nào có thể hoạt động mà không có chip, điều đó
làm cho bóng bán dẫn có một vai trò không thể thiếu trong những tiến bộ công nghệ
trong 60 năm qua.
Một điều thú vị, về cơ bản bóng bán dẫn không làm gì nhiều hơn một công tắc bóng
đèn thông thường: đó là bật hoặc tắt. Vị trí Bật của bóng bán dẫn được biểu thị bằng số
‘1’, còn vị trí Tắt được biểu thị bằng số ‘0’. Một số lượng lớn các bóng bán dẫn phát ra
các số 1 và số 0 mà máy tính sử dụng để tính toán, xử lý ký tự, phát đĩa DVD và hiển
thị hình ảnh.
Việc phát minh ra bóng bán dẫn thuộc về ba cộng sự tại Bell Lab: John Bardeen,
Walter Brattain và William Shockley, những người đã được trao tặng giải Nobel về
Hóa học cho phát minh của họ vào năm 1956. Cái tên bóng bán dẫn được John R.
4
Pierce nghĩ ra, đó là một nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Bell Telephone
Laboratories nổi tiếng. Vào tháng 5/1948, ông đã giành được giải thưởng của phòng thí
nghiệm về cái tên hấp dẫn cho một phát minh mới chỉ có 6 hoặc 7 tháng tuổi ở vào thời
điểm đó. Thế giới là một tổ hợp của “sự dẫn nạp” (sự truyền tải của một điện tích) và
"những điện trở biến đổi" hay "biến trở".
Một trong những vấn đề hóc búa của công nghệ thời đó là giá thành cao và độ tin cậy
thấp của những đèn điện tử chân không. Chúng như những chiếc van kiểm soát dòng
điện tử trong thiết bị radio và hệ thống tiếp âm của mạng điện thoại. William Shockley

sớm nhận ra rằng giải pháp nằm trong ngành vật lý chất rắn. Những chiếc đèn điện tử
là thiết bị vô cùng quan trọng trong các thiết bị điện tử thời đó. Đèn điện tử có một số
nhược điểm là dễ vỡ, tuổi thọ ngắn, chiếm nhiều không gian làm tăng kích thước của
thiết bị và tiêu tốn nhiều năng lượng. Để thực hiện được những chức năng ấy, các tinh
thể làm việc nhanh hơn, tin cậy hơn và đặc biệt tiêu hao năng lương ít hơn hàng triệu
lần. Shockley và cộng sự của mình đã vạch ra chương trình để giải quyết vấn đề này.
Phát minh về transistor được nhanh chóng truyền bá. Năm 1956, Shockley, John
Bardeen và Walter Brattain cùng được nhận giải Nobel về vật lý. Ông trở thành người
đóng vai trò quyết định trong quá trình phát triển ngành công nghiệp này tại San
Francisco, cũng chính Shockley là người đã đưa silicon đến Silicon Valley. Tháng 2
năm 1956, nhờ sự tài trợ của Công ty Beckman Instrument Inc, Shockley thành lập tại
quê nhà Palo Alto một phòng thí nghiệm mang tên Phòng thí nghiệm chất bán dẫn
Shockley với mục đích phát triển và sản xuất transistor silicon. Ông đã cùng một nhóm
các nhà khoa học trẻ phát triển kỹ thuật bán dẫn quan trọng này. Mùa xuân năm 1956,
họ bắt đầu triển khai công việc nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo transistor.
Vào thời điểm này, gần như tất cả các linh kiện điện tử đều sử dụng germanium do
việc điều chế các tinh thể germanium nguyên chất tương đối dễ dàng. So với transistor
dùng germanium, transistor dùng silicon có nhiều ưu điển đáng kể. Về mặt lý thuyết,
transistor dùng silicon có thể hoạt động được ở nhiệt độ cao hơn, germanium tương đối
hiếm còn silicon là một nguyên tố hoá học phổ biến. Tuy nhiên, silicon có nhược điểm
là chỉ nóng chảy ở nhiệt độ rất cao làm cho việc tinh luyện và chế tạo silicon khó khăn
hơn.
5
Nhóm của Shockley đã nghiên cứu vật liệu và phương pháp chế tạo chúng. Họ đã phải
mất rất nhiều thời gian cho chương trình nghiên cứu vì lúc đó mới chỉ có hai nhà khoa
học có kinh nghiệm trong lĩnh vực này. Trong khi nhóm nghiên cứu đang hoàn tất công
nghệ sản xuất transistor silicon thì cách quản lý của Shockley đã dẫn đến nguy cơ làm
tan rã nhóm. Làm việc với Shockley quả là một thử thách lớn. Ông nghi ngờ những
thành viên trong nhóm chủ tâm cản trở dự án và ra lệnh cấm họ tiếp cận với một số
công việc. Một số sự việc vặt vãnh không quan trọng cũng bị ông nhìn nhận như là

những sai phạm và ông cố tình lên án.. Shockley thấy cần phải kiểm tra những kết quả
nghiên cứu với các đồng nghiệp cũ tại Phòng thí nghiệm. Tình trạng này đã dẫn đến sự
chia rẽ trong nhóm nghiên cứu và họ cảm thấy rất khó làm việc cùng nhau. Những
thành viên được tuyển dụng đầu tiên đã thực sự rời bỏ Phòng thí nghiệm. Để thiết lập
lại tổ chức, một số người trong số họ đã đến gặp Arnold Beckman là người lãnh đạo
của Shockley và là người tài trợ ban đầu cho việc thành lập Phòng thí nghiệm để đề
nghị ông chuyển Shockley từ quản lý trực tiếp sang làm cố vấn kỹ thuật nhưng yêu
sách của họ bị từ chối. Sau khi không đạt được mục đích của mình, những thành viên
này thấy một việc hết sức cần thiết là phải chuyển đi làm việc tại nơi khác. Trong quá
trình tìm kiếm, họ nhận thấy cần phải thành lập một công ty riêng để thực hiện các mục
đích của chính Shockley là sản xuất transistor silicon thương mại. Shockley đã bỏ qua
để lao vào nghiên cứu chế tạo một thiết bị bán dẫn khác mà ông mới phát minh ra.
Được Fairchild Camera và Instrument Corporation tài trợ, công ty mới này đã trở thành
công ty mẹ của hàng chục công ty con tại Silicon Valley. Có thể nói gần như mọi thành
công của các công ty này đều thuộc lĩnh vực công nghệ bán dẫn, bắt nguồn từ các công
trình nghiên cứu của các nhà sáng lập Fairchild và Phòng thí nghiệm chất bán dẫn
Shockley.
Rock ’n’ roll :
Bardeen và Brattain đã xây dựng thành công bóng bán dẫn tiếp xúc điểm đầu tiên vào
tháng 12/1947, trong đó dòng điện trong bóng bán dẫn được truyền dọc theo bề mặt
của chất bán dẫn điện. Bóng bán dẫn sau đó khuếch đại tín hiệu điện được chuyển qua
nó. Trong những giai đoạn ban đầu của việc sử dụng bóng bán dẫn, ứng dụng chính là
để khuếch đại tín hiệu điện theo một cách thức có hiệu quả cao hơn so với việc sử
6
dụng những ống chân không (đèn điện tử) lớn và cồng kềnh được sử dụng ở thời điểm
đó.
Để việc phát triển bóng bán dẫn có tốc độ càng cao càng tốt, Bell Labs đã quyết định
cung cấp công nghệ bóng bán dẫn theo bản quyền. 26 công ty, bao gồm cả IBM và
General Electric, đã mua giấy phép, mỗi công ty trả 25.000 USD. Nhưng để công nghệ
bóng bán dẫn trở nên thành công về mặt kinh doanh, nó sẽ phải thu hút được sự quan

tâm của số đông. Nhờ chiếc đài bán dẫn, điều đó đã trở thành sự thực. Mô hình đầu
tiên của chiếc đài bán dẫn được giới thiệu vào tháng 10/1954 chứa 4 chiếc bóng bán
dẫn. Chiếc đài bán dẫn xách tay có nghĩa là con người có thể nghe được âm nhạc và
thông tin ở bất cứ đâu. Nhờ khả năng có thể xách di chuyển của chiếc đài, một cuộc
cách mạng về âm nhạc đã ra đời - nhạc rock ‘n’ roll.
Mẫu transistor đầu tiên. Ảnh Bell Labs,
porticus.org
Mạch tích hợp :
Vào cuối thập kỷ 50, bóng bán dẫn đã tìm được con đường để đến với đài thu thanh,
máy điện thoại và máy tính. Và mặc dù chúng đã nhỏ hơn nhiều so với các đèn điện tử,
chúng vẫn chưa đủ nhỏ cho một thế hệ mới của các thiết bị điện tử. Do đó, một phát
minh thứ hai là cần thiết để cung cấp năng lực tính toán nhị phân lớn của những bóng
bán dẫn độc lập trong khi biến chúng trở nên phù hợp với sản xuất số lượng lớn ở mức
chi phí thấp hơn bao giờ hết.
Năm 1958, Jack Kilby (công ty Texas Instruments) và Robert Noyce (công ty Fairchild
Semiconductor, người sau đó đã tham gia đồng sáng lập công ty Intel) đã khám phá về
7
số lượng bóng bán dẫn lớn nhất có thể được tích hợp bên trong của một mạch tích hợp
(IC hay chip). Đó là một bước tiến đáng kể so với tình huống trong đó những phần tử
độc lập phải được tích hợp bằng tay.
Các con chip có hai ưu điểm: chi phí thấp hơn và hiệu năng cao hơn. Cả hai ưu điểm
này đều là kết quả của những sự thu nhỏ đáng kể, và còn tạo ra một sự năng động lớn
trong quy trình sản xuất. Gordon Moore, người mà vào năm 1968 đã đồng sáng lập ra
công ty chip khổng lồ Intel cùng với Noyce, đã đưa ra một dự báo trong một bài đang
trên cuốn tạp chí được xuất bản vào năm 1965 được biết đến như là “Định luật
Moore”. Định luật này dự báo rằng số lượng bóng bán dẫn trên một con chip có thể
tăng gấp đôi sau mỗi hai năm, điều đó cũng mang lại sự tăng trưởng về công suất xử
lý. Rất nhiều linh kiện nhỏ, tất cả đều được sắp xếp trên một bề mặt nhỏ, được chứng
minh là yếu tố quyết định đối với sự đột phá của chip.
Các nhà sản xuất chip đã và đang có thể duy trì sự tăng trưởng theo hàm mũ này trong

hơn 40 năm qua. Con chip máy tính đầu tiên của Intel, con chip 4004 được sản xuất
vào năm 1971, chứa 2.300 bóng bán dẫn. Tới năm 1989, con chip i486 chứa 1.200.000
bóng bán dẫn và vào năm 2000, con chip Pentium đạt tới con số 42 triệu. Con chip
45nm mới của Intel chứa tổng số 820 triệu bóng bán dẫn (transistor).
"Đùa giỡn" với nguyên tử
Sự kết thúc của Định luật Moore đã được dự báo trong rất nhiều tình huống. Theo định
nghĩa, không có sự tăng trưởng theo hàm mũ nào là mãi mãi - tuy vậy các nhà sản xuất
chip dường như luôn tìm một cách thức để duy trì sự “mãi mãi”. Tháng 12 năm ngoái,
Gordon Moore dự báo rằng định luật của ông sẽ vẫn còn đúng trong vòng tối thiểu là
từ 10 đến 15 năm nữa - đó là khi những rào cản cơ bản có thể xuất hiện và buộc định
luật của ông phải giậm chân tại chỗ. Nhưng đôi khi dường như là định luật nổi tiếng
nhất trong thế giới điện toán cũng có thể gặp khó khăn để có thể duy trì sự đúng đắn
trong thế kỷ 21.
Để duy trì sự tăng trưởng theo hàm mũ đã được phát biểu bởi định luật Moore, các
bóng bán dẫn cần phải thu nhỏ đi một nửa sau xấp xỉ 24 tháng. "Trận chiến" thu nhỏ
này đã đẩy một bộ phận quan trọng của bóng bán dẫn đến giới hạn của mình: đó là
8
phần điôxit silic (SiO2) đóng vai trò của một lớp cách điện giữa cực cổng và cực máng
nơi dòng điện chạy qua khi bóng bán dẫn được bật lên. Với mỗi một thế hệ chip mới,
lớp cách điện này lại trở nên mỏng hơn - cho đến hai thế hệ trước, nó chỉ còn có 1.2nm
hay có độ dày là 5 nguyên tử. Các kỹ sư của Intel không còn có thể "bào mỏng" thêm
bất kỳ một nguyên tử nào nữa.
Khi lớp cách điện trở nên mỏng hơn thì dòng rò xuất hiện. Nó giống như là một vòi
nước bị nhỏ giọt: lớp cách điện bắt đầu làm rò rỉ dòng điện vào trong bóng bán dẫn.
Điều đó làm cho bóng bán dẫn ứng xử hoàn toàn khác, tiêu tán ra một lượng năng
lượng lớn hơn. Kết quả là: con chip tiêu thụ nhiều điện năng hơn, phát ra một lượng
nhiệt lớn trong khi hoạt động.
3 mẫu transistor của những năm thuộc thế
kỷ 20. Ảnh Bell Labs, porticus.org
Giới hạn cơ bản

Bóng bán dẫn bị rò điện là thách thức lớn nhất đối với ngành công nghiệp bán dẫn: nếu
không có sự đột phá lớn nào, họ có thể bị dồn đến một giới hạn cơ bản đã được dự báo
từ lâu. Điều đó không chỉ hàm ý sự kết thúc của định luật Moore mà nó còn đe dọa
việc đưa cuộc cách mạng số của những thập kỷ trước đây đến một sự dừng lại đột
ngột. Các con chip máy tính có hiệu năng được tăng gấp đôi sau mỗi chu kỳ 24 tháng
sẽ trở thành những điều của quá khứ.
Giải pháp cho cuộc khủng hoảng được tìm ra bởi việc làm cho lớp cách điện mỏng
hơn. Điều chỉ được minh chứng là có thể bằng việc sản xuất lớp cách điện đó bằng một
loại vật liệu khác - có chứa số lượng nguyên tử nhiều hơn. Vào tháng 1/2007, Intel đã
công bố rằng lần đầu tiên sau 40 năm, lớp cách điện sẽ không còn được chế tạo từ
9
điôxit silic nữa mà là bằng Hafnium, một kim loại màu xám bạc có những đặc tính điện
tốt hơn và cắt giảm được dòng rò tới 10 lần. Bản thân Gordon Moore đã gọi sự đột phá
này là “sự thay đổi quan trọng nhất về công nghệ bóng bán dẫn kể từ cuối thập kỷ 60".
Nhưng đột phá này mới chỉ là một nửa của giải pháp. Loại vật liệu mới cho thấy là nó
không tương thích với một bộ phận quan trọng khác của bóng bán dẫn là cực cổng. Tệ
hơn nữa là những bóng bán dẫn đầu tiên sử dụng loại vật liệu cách điện mới còn hoạt
động kém hiệu quả hơn cả những bóng bán dẫn cũ. Câu trả lời được tìm thấy trong
việc sử dụng một loại vật liệu mới cho cực cổng: một tổ hợp bí mật, độc đáo của các
kim loại mà Intel đang xem là một bí mật được bảo vệ nghiêm ngặt.
Vào ngày 12/11/2007, Intel đã giới thiệu một thế hệ mới của những con chip sử dụng
những loại vật liệu mới này và dựa trên quy trình sản xuất 45nm. So với quy trình
65nm trước đây, quy trình sản xuất nhỏ hơn này cho phép Intel gần như tăng gấp đôi
số lượng bóng bán dẫn trên cùng một diện tích bề mặt, cho phép công ty lựa chọn giữa
việc tăng tổng số bóng bán dẫn hoặc làm ra những con chip nhỏ hơn. Vì những bóng
bán dẫn 45nm nhỏ hơn so với thế hệ trước, chúng chỉ yêu cầu mức năng lượng nhỏ
hơn 30% để bật và tắt.
Trong những thập kỷ vừa qua, bóng bán dẫn và chip đã liên tục mang lại công suất xử
lý lớn hơn với mức chi phí thấp hơn. Điều đó đã minh chứng động cơ cuối cùng cho
việc tự động hóa nền kinh tế toàn cầu. Nhưng con chip và máy tính vẫn còn cả một

quãng đường dài phía trước. Theo thời gian, máy tính đã phát triển thành một công cụ
thi hành tuyệt vời những mệnh lệnh do con người đưa ra. Nó in ra những bức thư, gửi
e-mail, xử lý những tác vụ tính toán trong bảng tính và phát các bộ phim. Trong tương
lai, máy tính được kỳ vọng là sẽ trở thành những cố vấn cho con người; nó sẽ học từ
những ứng xử của chúng ta và thích ứng bản thân nó một cách phù hợp. Những bước
dự định đầu tiên theo hướng này có thể được nhìn thấy trên những trang web lấy người
tiêu dùng làm trung tâm như là Amazon và iTunes. Chúng đưa ra những khuyến nghị
cho người tiêu dùng về những nội dung mua sắm khác dựa trên ứng xử mua hàng của
chính người tiêu dùng.
Công suất tính toán ngày càng cao là kết quả của định luật Moore cũng cho phép loài
người giải quyết những vấn đề của thời đại có tầm ảnh hưởng lớn hơn như khí hậu,
10
bệnh tật (di truyền), chăm sóc sức khỏe với giá cả hợp lý, làm sáng tỏ những bí mật về
gen. Những vấn đề đó đang được nghiên cứu hiện nay là không thể tưởng tượng được
ở vào thời điểm 5 năm về trước. Các ứng dụng này làm thay đổi cuộc sống và duy trì
cuộc sống. Công suất xử lý càng cao trong các máy tính và chip thì những kết quả của
những nghiên cứu này càng lớn và là hết sức cần thiết đối với loài người. Một thập kỷ
mới của định luật Moore đã hiện ra.
• 2.000 chiếc bóng bán dẫn 45nm có thể nằm vừa trên bề ngang của một sợi tóc
người.
• Hơn 30 triệu bóng bán dẫn 45nm có thể nằm gọn trong một chiếc đầu kim.
• Một bóng bán dẫn 45nm có thể bật tắt tới 300 tỷ lần mỗi giây; một tia sáng chỉ
đi được không đầy một phần mười inch trong khoảng thời gian cần thiết để một
bóng bán dẫn 45nm bật và tắt.
• Chiếc bóng bán dẫn đầu tiên được phát triển bởi Bell Labs năm 1947 có thể cầm
được bằng tay, trong khi hàng trăm chiếc bóng bán dẫn 45nm mới của Intel có thể
nằm gọn trên bề mặt của một tế bào máu.
• Nếu một ngôi nhà cũng được thu gọn với cùng một tốc độ thu nhỏ các bóng bán
dẫn thì bạn sẽ không thể nhìn thấy ngôi nhà đó nếu không sử dụng kính hiển vi.
Để nhìn thấy một bóng bán dẫn 45nm, bạn cần đến một chiếc kính hiển vi rất hiện

đại.
• Giá của một chiếc bóng bán dẫn nằm trong bộ vi xử lý mới nhất của Intel chỉ
bằng khoảng một phần triệu giá trung bình của một chiếc bóng bán dẫn vào năm
1968. Nếu giá xe hơi cũng giảm với cùng một tốc độ như vậy thì một chiếc xe hơi
mới hiện nay chỉ có giá 1 xu.
• Ước đoán có khoảng 10.000.000.000.000.000.000 bóng bán dẫn được bán mỗi
năm, bằng khoảng 100 lần số con kiến có mặt trên trái đất.
• Bạn có thể sắp xếp hơn 2.000 chiếc bóng bán dẫn 45nm trên bề ngang của một
sợi tóc người.
11
III/ TIA X -WILHELM CONRAD ROENTGEN (1845-1923) :
Roentgen tên đầy đủ là Wilhelm Conrad Roentgen, sinh năm 1845, tại Lenep - CHLB
Đức. Thế kỷ thứ XIX là thời đại của ông. Thời đó, động cơ hơi nước được coi là phát
minh kiệt xuất của nhân loại, kế đó là những sáng chế tiêu biểu như: xe đạp, máy quay
đĩa, điện thoại, điện ảnh… Những môn khoa học cơ bản như: Toán, Lý, Hóa, Sinh…
vẫn còn biệt lập nhau và cách nhau rất xa. Những kiến thức lý thuyết còn phát triển
chậm, cho nên, nhà nghiên cứu, trước hết, phải là nhà thực nghiệm giỏi. Ở vào thời kỳ
này, nhất là vào những năm 1890, các nhà vật lý tên tuổi đổ xô vào tìm hiểu phát minh
mới của Faraday và Hittorf và “Hiện tượng phóng điện trong không khí loãng”. Tia
điện khi đó là đề tài hấp dẫn, là “mốt” theo đuổi của nhiều nhà khoa học, trong đó có
Roentgen.
Kể từ tối ngày 7/11/1895, phòng thí nghiệm Viện Vật lý thuộc trường Đại học Tổng
hợp Wurtzbourg (cách Berlin 300 km về phía tây nam), Giám đốc Roentgen “chong
đèn” thâu đêm mải mê nghiên cứu dòng điện vận chuyển trong ống chân không, còn
gọi là ống Crookes – Hittorf, (đó là tên của nhà vật lý kiêm Chủ tịch Hội đồng Hoàng
Gia Anh và sáng chế của Crookes đã ra đời cách ngày ấy 40 năm). Roentgen có ý định
làm lại các bước thí nghiệm với ống chân không này. Một trong những thiết bị mà
Roentgen rất chú ý đến là ống tia âm cực. Đó là một ống thuỷ tinh chân không có hai
điện cực ở hai đầu, được cung cấp điện áp cao thế từ cuộn dây Ruhmkorff và nếu áp
suất trong ống thấp, chúng sẽ taọ ra sự phát sáng huỳnh quang (phosphorescence) khi

tác động bởi một chùm electron phát sinh từ âm cực. Ông đặt một màn chắn giữa ống
và tia âm cực với bản thủy tinh (trong đó có tráng một lớp hỗn hợp phát quang). Khi
bật công tắc điện thì màn chắn có chứa barium plation – cyamit (ta thường gọi là
Xyanuabari) đặt trước ống chân không bỗng phát ra thứ ánh sáng xanh nhè nhẹ, nhưng
12
sao nó lại có vẻ khác lạ so với tia điện chúng ta thường biết đến ? Khi rút phích điện ra
khỏi ổ cắm, ánh sáng kỳ lạ kia biến mất. Ông kiểm tra lại nơi phát sáng, tình cờ ông
thấy tấm bìa tẩm platinocyanure de baryum ở đó. Ông suy đoán: có thể từ chính cái
ống crookes kia đã phát ra “một cái gì đó”, rồi chính nó lại kích thích chất huỳnh
quang trên màn hình . Roentgen tự hỏi: Hay tấm bìa phát sáng ? hoặc một khúc xạ nào
đó của tia điện? Hay ống nghiệm phát sáng ? Ông làm lại thí nghiệm đó bằng cách thử
dùng giấy đen bịt kín ống nghiệm lại xem sao. Roentgen thốt lên: Lạ thật! Kết quả vẫn
như cũ. Ông dự đoán: có thể đây là một tia rất mới. Nó xuyên qua cả giấy đen.
Bà Bertha – người vợ thân yêu của ông thấy chồng có vẻ đăm chiêu hơn mọi ngày.
Ngồi ăn cơm bên nhau mà bà không dám hỏi, e ngại dòng suy nghĩ của chồng bị ngắt
quãng. Cả đêm hôm đó ông không thể chợp mắt được. Ông muốn lao sang phòng thí
nghiệm ngay tức khắc. Ông suy đoán miên man không sao ngủ được. Rồi đột nhiên,
ông thốt lên thành lời. Phải rồi! May ra chỉ có giấy ảnh mới kiểm chứng được khả năng
xuyên qua giấy đen của thứ tia mới lạ đó.
Trời vừa mới sáng, ông sang phòng thí nghiệm ngay, lấy từ trong ngăn kéo ra tập giấy
ảnh mới mua. Ông bắt tay vào thí nghiệm với giấy ảnh. Rồi giao cho Marstaller – nhân
viên của phòng mang đi in thành ảnh. Chỉ ít phút sau đã thấy Marstaller quay trở lại,
anh tỏ ra ấp úng: “Tôi…, tôi… trót mở tung gói giấy ra làm cho chúng đen lại”. Nhưng
Roentgen nhìn kỹ lại và thấy nó không đen đều. Ông quan sát kỹ hơn thì thấy: có in
hình chữ nhật và ở giữa là hình tròn tựa như chiếc nhẫn. Nhìn vào trong ngăn kéo, ông
thấy có một tấm bìa cứng kích thước bằng đúng hình chữ nhật kia và trên đó đặt chiếc
nhẫn của ông. Ông chợt nhớ lại: Hai nhà khoa học Kelvin và Gabriel (người Anh) 15
năm về trước có lần nói đến một số tia lẫn trong tia điện. Phải chăng nó là đây ? Nhưng
sao suốt 15 năm qua không ai tìm ra nó ? Ông ngồi nhìn lại tấm hình trên giấy ảnh. Rồi
lại đặt lên bàn, tập trung đến cao độ để giải thích hiện tượng này. Bertha kể lại rằng:

Trong suốt thời gian chung sống với nhau, khoảng gần 25 năm bà chưa bao giờ thấy
ông ấy vui vẻ, rạng rỡ đến như thế. Gần đến ngày lễ Giáng Sinh rồi, nhưng ông vẫn
quyết định thử nghiệm lại một lần nữa. Lần này, Roentgen đưa thiết bị sang phòng bên
cạnh, kéo các rèm cửa lại để làm phòng tối. Gần ống nghiệm có một màn huỳnh quanh.
Khi công tắc bật lên, tia lửa điện xuất hiện ngay trong ống và màn huỳnh quang lại
phát sáng. Roentgen bịt ống nghiệm bằng ống giấy, rồi chuyển màn hình quay trở lại
13
phòng thí nghiệm cũ. Ngăn cách hẳn một cánh cửa gỗ, nhưng màn huỳnh quang vẫn
sáng, tuy có yếu hơn trước đôi chút. Lần này thì ông bỏ ống giấy ra, nhưng đặt thêm
một quyển sách khá dày trước màn hình. Ông thận trọng bật công tắc. Chà ! Kết quả
vẫn không thay đổi. Ông mừng rỡ thật sự. Suy tính trong giây lát, một tay ông nâng
màn hình lên, tay kia đưa ngay vào tầm của màn huỳnh quang. Thật là sửng sốt! Ông
nhìn thấy những đốt xương bàn tay của chính mình, cả đường gân và mạch máu. Thú
vị thay là bộ xương ấy đang sống, nó chuyển động theo sự điều khiển của ông.
Roentgen lại tiếp tục đưa vào những vật cản khác, bằng nhiều chất liệu, cuối cùng ông
rút ra kết luận: “Tia đặc biệt này có khả năng xuyên qua giấy, gỗ, vải, cao su, phần
mềm của cơ thể… Nhưng không đi qua được kim loại, nhất là những kim loại có tỷ
trọng lớn, không đi qua được một số bộ phận cơ thể, nhất là những bộ phận có chứa
nguyên tố nặng như xương. Mặt khác, nó không bị ảnh hưởng bởi từ trường, hay điện
trường, nó làm cho không khí trở nên dẫn điện hiện lên phim ảnh…”
Nhà phát minh bỗng cảm thấy cần phải chia sẻ với người vợ thân yêu của mình. Ông
đặt bàn tay bà lên trên tấm kính ảnh. ống nghiệm của ông thì để ở dưới gậm bàn. Ông
dăn vợ: đừng có động đậy bàn tay đang đặt ở trên bàn. Thế là pô ảnh đầu tiên bằng tia
mới chưa kịp đặt tên đã được ông chụp cho chính bàn tay mềm mại của người vợ thân
yêu. Tấm ảnh chưa kịp khô, Roentgen đã lấy ra cho vợ xem. Những đốt xương tay của
Bertha hiện lên thật rõ nét, cả chiếc nhẫn mà bà đeo trên ngón tay trỏ nữa, chúng đều
hiện lên rõ mồn một. Hôm đó là ngày 22/12/1895.Về sau này, người ta ca ngợi tấm
hình “là bản chụp hình xương người đầu tiên trong lịch sử y học”. Từ đây, nó giúp cho
con người có thể thấy được cơ quan nội tạng của mình mà trước đó không có cách gì
thấy được. Thành công của Roentgen làm mọi người hết sức kinh ngạc. Gần 7 tuần đã

trôi qua, ông miệt mài ở trong phòng thí nghiệm để đánh giá nhận định mô tả lại và rút
ra những kết luận tổng quát về tia mới mà ông vừa tìm ra và chưa kịp đặt tên cho nó.
Bắt chước các nhà toán học thường hay đặt tên cho ẩn số bằng những chữ cái, ông
quyết định đặt tên cho nó là tia X (tubes X). Roentgen cố gắng viết gọn lại trong 6
trang để trình bày tại Hội đồng khoa học Vật lý – Y khoa của trường tổng hợp
Wurtzbourg.
Đến khi hoàn thành báo cáo khoa học thì cũng là lúc ông nghe thấy tiếng người bước
nhè nhẹ tới phòng làm việc của ông. Bertha mở cánh cửa để cho gió mùa xuân lùa vào
14
nơi chồng làm việc. Bà nói: Anh yêu ! chúc anh một Giáng sinh hạnh phúc !. Rồi
chuông từ các Thánh đường trong thành phố Berlin đổ hồi. Công trình khoa học của
Roentgen cũng vừa xong, nó như được Chúa chứng giám đúng vào mùa Giáng sinh
năm ấy, năm 1895, khi ông tròn 50 tuổi. Ba ngày sau, Roentgen gửi báo cáo khoa học
tới Đại học Tổng hợp Wurtzbourg. Ông cũng nhờ Franz Exner là học trò cũ của mình
gửi bài tóm tắt khoa học tới các tòa báo. Chỉ vài ngày sau, các báo ở Frankfurt, ở Paris,
ở St.Petecbur đã đưa tin về phát minh của Roentgen: Một thành công làm mọi người
kinh ngạc, đó là chụp ảnh bằng tia X. Rồi hàng loạt báo chí của nhiều nước cũng đưa
tin và họ còn phóng đại thêm lên nữa, kiểu như: “Có thể đọc được ý nghĩ trong đầu
người khác”, “Có thể chớp được cảnh bất ngờ ở đằng sau ngôi nhà”… Các nhà bình
luận còn suy đoán nhiều về khả năng ứng dụng của tia X quang trong tương lai…
Ngày 23/1/1896, Roentgen trình bày báo cáo khoa học tại Hội đồng Vật lý – Y khoa
trường Đại học Tổng hợp Wurtzbourg trước các nhà khoa học hàng đầu về Vật lý và Y
khoa của nước Đức. Báo cáo của ông đã thực sự được đánh giá cao. Để chứng minh,
Roentgen đề nghị được chụp ảnh bàn tay giải phẫu tài ba của các bác sĩ Kolliker bằng
X quang.
Tháng 2 năm 1896, tại Paris, nhà vật lý Oudin và bác sĩ Barthelemy đã thực nghiệm X
quang tại nhà. Dựa vào nguyên lý của Roentgen, họ đã chế tạo máy chiếu X quang đầu
tiên trên thế giới. Cũng tại Paris, bác sĩ Antoine Beclere đã chiếu X quang cho người
nấu bếp của mình. Ông nhận thấy phổi của bà có nhiều chỗ bị mờ. Hỏi ra mới biết,
trước đó bà đã bị ho ra máu. Đó là trường hợp chuẩn đoán bệnh qua X quang đầu tiên

trong lịch sử y học thế giới. Antoine nói, dùng tia X quang để chuẩn đoán bệnh lao là
bước tiến quan trọng trong cuộc đời nghề nghiệp của ông. Sau lần đó, bác sĩ chuyên
khoa miễn dịch nổi tiếng B.Antoine đã soạn thảo bộ giáo trình: Chuyên khoa X quang
chẩn đoán và điều trị bệnh trong nội tạng người. Giáo trình ấy được giảng dạy và tồn
tại cho đến ngày nay .
Người ta nhớ lại rằng: Khi Roentgen báo cáo khoa học, các thành viên trong Hội đồng
khoa học Đại học Tổng hợp Wurtzbourg đã đề nghị đặt tên cho tia X là “Tia
Roentgen”. Nhưng nhà bác học khiêm nhường này đã từ chối. Giảng bài cho sinh viên,
ông chỉ nói: “Trong khi làm thí nghiệm với ống nghiệm Crookes – Hittorf người ta tìm
15
thấy một loại tia mới – tia X quang…” Ông không nhắc đến tên mình là người đã phát
minh ra công trình vĩ đại đó. Hoàng gia phong tước cho ông và trao tặng Huân chương
Hoàng Gia, để công nhận thành công trong khoa học của ông. Thành công ấy bắt
nguồn tự sự thông minh ngay từ hồi còn đi học phổ thông, vì ở cấp học này, ông chỉ
học trong 18 tháng. Ông cũng chỉ cảm ơn và từ chối niềm vinh quang đó. Ông chỉ nhận
một chức duy nhất là Tiến sỹ danh dự của Đại học Tổng hợp Wurtzbourg.
Năm năm sau, năm 1901, ông được trao giải Nobel về Y học, trở thành người đầu tiên
trên thế giới được nhận giải Nobel. Người ta càng cảm phục ông hơn vì ông trao tặng
toàn bộ số tiền thưởng khá lớn đó cho trường Tổng hợp Wurtzbourg để phát triển khoa
học. Cũng phải nói thêm rằng: Kể từ khi trở thành giáo viên tại thành phố Zurich,
Roentgen luôn hoạt động trong lĩnh vực Vật lý. Nhưng, những công trình của ông thời
đó có tác dụng to lớn cho ngành Y học, cho nên, ông được nhận giải Nobel về Y học là
vì thế.
Ngày 10/2/1923, Wihelm Roentgen qua đời. Nhưng niềm vinh quang của ông để lại
trong lòng dân thì còn mãi. Tìm ra tia Roentgen đồng nghĩa với việc mang lại niềm
hạnh phúc to lớn cho nhiều người bệnh, nhất là bệnh lao, căn bệnh hiểm nghèo nhất
thời bấy giờ.
Ngày nay, tia X càng ngày càng có tầm quan trọng đặc biệt. ở Việt Nam, hầu như bệnh
viện lớn nhỏ nào cũng có máy chiếu X quang. ước tính có khoảng 2.000 máy ở khu
vực bệnh viện nhà nước và tư nhân. Không những vậy, tia X quang còn được áp dụng

rộng rãi trong việc kiểm tra hành lý tại sân bay, dò tìm vết nứt khuyết tật trong ống dẫn
dầu, khí, trong công nghiệp… Nay, công nghệ thông tin phát triển cùng với máy X
quang đã mở ra con đường nghiên cứu cấu trúc nguyên tử rất thuận lợi. Chỉ 6 tháng sau
khi phát hiện ra tia X quang, người ta đã nhận biết được hiệu ứng độc hại của nó vì tia
X phát ra một loại bức xạ ion hóa có thể gây ra tình trạng lão hóa sớm, đục thủy tinh
thể, dị tật bào thai, gây đần độn ở trẻ em, ung thư da và phổi v.v… Nếu tiếp xúc trực
tiếp, thường xuyên với bức xạ này trong phạm vi bán kính 7 mm mà không có yếm chì,
ghế ngồi an toàn và kính chì bảo vệ sẽ rất nguy hiểm.
16
Nguyên lý của máy X quang đã gợi cho giáo sư vật lý người Pháp Henri Becquerel đi
sâu nghiên cứu về phóng xạ. Và sau này, ông cùng Marie Cuire (người Pháp gốc Ba
Lan) và Joseph John Thomson (giáo sư vật lý người Anh), đã trở thành cha đẻ về
phóng xạ của nhân loại.
Tia X ứng dụng rộng rãi trong cả khoa học đời sống lẫn khoa học hàn lâm.
IV/ CHẤT SIÊU DẪN – VẬT CHẤT CỦA THẾ KỈ 21 ( HEIKE
KAMERLINGH ONNES ) :
Gần một thế kỷ trước, nhà vật lý Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes đã làm giới
khoa học phải sửng sốt khi ông phát hiện ra rằng, nếu tôi một số kim loại trong
nhiệt độ cực thấp, dòng điện sẽ chạy qua mà không làm hao hụt chút năng lượng
nào cả.
Điều này có một trở ngại: Kim loại cần phải được giữ lạnh trong nhiệt độ thấp đến nỗi
không thể ứng dụng được vào bất cứ mục đích thương mại nào. Ngày nay, chất siêu
dẫn - khám phá của Onnes - đang được thử nghiệm nhằm tìm ra phương pháp hạn chế
nguy cơ mất điện trên diện rộng.
Robert Hawsey, Giám đốc Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge thuộc Trung tâm
Công nghệ Siêu dẫn Mỹ, hào hứng nói: "Nó sẽ hoạt động, chắc chắn sẽ hoạt động. Cáp
sợi quang cũng phải mất 20 năm để từ phòng nghiên cứu trở thành xương sống cho xa
lộ thông tin ngày nay. Sau gần 20 năm phát triển, một thế hệ siêu dẫn mới đang đi ra từ
bóng tối, trở thành những ứng dụng rộng rãi".
17

Chất siêu dẫn có một số đặc tính gần gũi với kỹ thuật nghe nhìn công nghệ cao, bởi vì
chúng không có điện trở. Về nguyên tắc, khi dòng điện bắt đầu chạy trong một vòng
siêu dẫn, gần như nó có thể chạy... mãi. Cùng kích thước, chất siêu dẫn mang một
lượng điện lớn hơn dây điện và dây cáp tiêu chuẩn. Vì vậy, thành phần siêu dẫn có thể
nhỏ hơn nhiều so với các chất khác hiện nay. Và điều quan trọng là chất siêu dẫn
không biến điện năng thành nhiệt năng. Điều này đồng nghĩa với việc một máy phát
hoặc chip máy tính siêu dẫn có thể hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với hiện nay.
Tuy nhiên, chất siêu dẫn có những hạn chế riêng - chúng "cầu kỳ" hơn nhiều so với các
dây dẫn điện tiêu chuẩn. Nếu dòng điện chúng mang theo hoặc từ trường mà chúng gặp
phải quá mạnh, chất siêu dẫn sẽ biến thành dây dẫn thông thường nhanh hơn cả cỗ xe
của Lọ Lem biến thành quả bí đỏ.
Vấn đề tiếp theo là giữ lạnh. Để cho chất siêu dẫn của mình hoạt động được, Onnes
phải sử dụng heli lỏng ở 4
o
K (trên điểm 0 tuyệt đối 4
o
, nơi phân tử ngừng chuyển
động). Đến giữa những năm 1980, chất siêu dẫn truyền thống đã tìm thấy một số thị
trường phù hợp. Nhưng chi phí giữ lạnh quá cao ở nhiệt độ lỏng của heli chính là cản
trở lớn đối với bất cứ ai có ý định ứng dụng rộng rãi chất siêu dẫn.
Năm 1986, hai nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của IBM ở Zurich đã phát hiện
một điều tương tự như Onnes - một hợp chất gốm mất điện trở ở nhiệt độ 35
o
K. Công
trình của họ đã thu hút sự chú ý đặc biệt của giới khoa học. Chỉ trong vòng vài tuần,
nhiều nhóm khác cũng tuyên bố đã tìm được nhiều loại gốm khác có thể trở thành chất
siêu dẫn ở 94
o
K, đủ để làm lạnh bằng nitơ lỏng rẻ tiền hơn.
Kể từ đấy đến nay, nhiều vật liệu gốm khác đã được phát hiện ra là có tính năng siêu

dẫn tại 130
o
K (nói một cách tương đối là nóng trắng trong thế giới siêu dẫn, nhưng vẫn
còn cách điểm đông của nước 140
o
C). Nhưng giới nghiên cứu lại vấp phải một thách
thức lớn khác: làm thế nào để biến gốm thành dây dẫn?
Nhiều công ty của Mỹ và Nhật đã giải bài toán này bằng cách thiết kế "dây dẫn" dạng
băng để sử dụng trong cáp, động cơ và thiết bị nhằm giảm bớt những va chạm trong
dòng điện mà chúng cung cấp. Trong những năm vừa qua, hải quân Mỹ cũng tham gia
khá nhiều vào lĩnh vực siêu dẫn. Hiện nay, họ đang thử nghiệm một trong hai động cơ
18
siêu dẫn nguyên mẫu - một thiết bị 5.000 mã lực do Công ty American Superconductor
sản xuất.
Để phát huy được sức mạnh, tàu phải chở được nhiều hơn, đồng nghĩa với việc máy
móc phải càng nhỏ càng tốt. Và động cơ siêu dẫn là một trong những câu trả lời khả dĩ
nhất. Theo Steinar Dale, nhà nghiên cứu ĐH Florida, một khi đã giải quyết được công
nghệ động cơ, các hướng tiếp cận tương tự có thể được vận dụng để xây dựng máy
phát siêu dẫn thật nhỏ, cung cấp năng lượng cho một thế hệ vũ khí mới trên tàu và máy
bay. Đồng thời, những kỹ thuật tương tự cũng có thể được áp dụng cho việc phóng phi
thuyền từ tàu sân bay.
Một số ứng dụng của chất siêu dẫn:
Tàu đệm từ. Nam châm siêu dẫn mạnh sẽ trở nên nhỏ hơn và tốn ít năng lượng hơn các
nam châm điện như hiện nay.
Siêu máy tính. Các nút bấm tí hon làm bằng chất siêu dẫn sẽ giúp máy tính đạt được
tốc độ một nghìn nghìn tỉ phép tính mỗi giây.
Bom E. Từ trường siêu dẫn sẽ tạo ra một dao động để huỷ thiết bị truyền động điện tử.
Thiết bị này đã từng được quân đội Mỹ sử dụng năm 2003.
Các hệ thống siêu máy tính
không thể thiếu được chất siêu

dẫn.
Chất siêu dẫn đang
dần đi vào ứng dụng
cuộc sống hiện đại.
19
V/ BÓNG ĐÈN SỢI ĐỐT ( THOMAS EDISON ) :
Sau khi mang được gia đình gồm vợ và hai con sang Hoa Kỳ vào đầu năm 1839, ông
Samuel Edison dời nhà tới Milan, thuộc tiểu bang Ohio. Milan là một thị trấn nhỏ bên
giòng sông Huron, cách hồ Erie vài dặm đường. Tại Milan, công việc buôn bán khá
sầm uất. Từ nơi đây người dân chở đi nào ngũ cốc, rau trái, nào củi gỗ và các nông sản
khác. Ông Samuel Edison dựng nên tại nơi đây một xưởng cưa và công việc làm ăn
khá phát đạt. Chính tại nơi cư ngụ mới này, gia đình Edison đã có thêm một đứa trẻ
vào ngày 11/2/1847. Ông Samuel đặt tên cho đứa bé là Thomas Alva Edison để ghi
nhớ Đại Uý Alva Bradley đã có công giúp đỡ gia đình Samuel sang Hoa Kỳ.
Alva hay Al, tên gọi tắt, là một đứa trẻ có cái đầu to khác thường khiến cho bác sĩ bảo
cậu sẽ bị đau óc nhưng điều tiên đoán này đã trở thành sai lầm và thực ra, chính bộ óc
của Al sau này đã làm tiến triển ngành Kỹ Thuật của Nhân Loại.
Càng lớn, Al càng tỏ ra hiếu kỳ. Cậu thường đặt các câu hỏi “tại sao, thế nào...” ,các
câu thắc mắc không bao giờ hết của cậu đã khiến cho những người chung quanh đành
phải trả lời “không biết”. Khi lên 5 tuổi, Al thường lang thang bên bờ sông mà coi
người lớn làm việc. Tại nơi này, cậu được nghe nhiều bài hát và đã thuộc lòng rất
nhanh các câu ca bình dân, điều này chứng tỏ Al có một trí nhớ rất tốt và nhờ trí nhớ
này mà về sau, cậu thu thập được nhiều kiến thức sâu rộng.
Một trong những phát minh vĩ đại của Edison là tạo ra ánh sáng cho nhân loại.Ông
muốn biến điện năng thành ánh sáng. Nếu nhìn vào một cái bóng đèn, bạn sẽ thấy một
sợi dây rất mỏng nối liền hai cây que nhỏ. Chính sợi dây tóc này làm cho bóng đèn
sáng lên. Khi dây tóc bị đứt, thì bóng đèn cháy.
20
Tháng 3 năm 1878 là đầu thời kỳ Edison bắt tay vào việc nghiên cứu đèn điện.Vào thời
bấy giờ người ta chỉ biết tới nguyên tắc của đèn hồ quang là loại đèn được phát minh

vào khoảng năm 1809. Khi đốt đèn hồ quang, người ta phải luôn luôn thay thỏi than,
ngoài ra đèn còn phát ra tiếng cháy sè sè và cho một sức nóng quá cao, kèm theo một
mùi khó chịu, không thích hợp với việc xử dụng trong nhà.
Vào năm 1831, Michael Faraday tìm ra nguyên tắc của máy ma-nhê-tô là bộ máy sinh
ra các tia lửa đốt loại khí bên trong động cơ dầu lửa. Tới năm 1860, một loại đèn điện
sơ sài ra đời tuy chưa thực dụng nhưng đã khiến cho người ta nghĩ tới khả năng của
điện lực trong việc làm phát sáng. Thomas Edison cũng cho rằng điện lực có thể cung
cấp một thứ ánh sáng dịu hơn, rẻ tiền hơn và an toàn hơn ánh sáng của đèn hồ quang
của William Wallace. Edison đã tìm đọc tất cả các sách báo liên quan tới điện học. Ông
muốn thấu triệt sâu rộng lý thuyết về điện lực để có thể mang kiến thức của mình vào
các áp dụng thực tế. Ngày nay trong số 2,500 cuốn sổ tay 300 trang được Viện Edison
cất giữ, người ta còn thấy hơn 200 cuốn ghi chép về điện học. Chính những điều ghi
chép này đã là căn bản của các khám phá vĩ đại của thiên tài Edison trong phạm vi
Khoa Học và Kỹ Thuật.
Thời bấy giờ, báo chí nói nhiều đến công cuộc nghiên cứu của Edison về đèn điện làm
cho các công ty đèn thắp bằng khí đốt lo ngại trong khi đó Edison khuyên các hội viên
của Công Ty Đèn Điện Edison (the Edison Electric Light Co.) bỏ thêm 50,000 đô la để
ông theo đuổi công trình nghiên cứu. Hồi đó trong phòng thí nghiệm tại Menlo Park có
vào khoảng 50 người làm việc không ngừng. Bình điện, dụng cụ, hóa chất và máy móc
chất cao trong các phòng nghiên cứu. Đồng thời với việc nghiên cứu đèn điện, Edison
còn phải cải tiến rất nhiều máy móc khác cũng như tìm ra các kỹ thuật cần thiết vì vào
thời bấy giờ, kỹ nghệ điện lực còn trong giai đoạn phôi thai. Cũng nhờ nghiên cứu đèn
điện, Edison đã sáng chế ra cầu chì, cái ngắt điện, đynamô, các lối mắc dây.
Căn cứ từ đèn hồ quang của Wallace, Edison thấy rằng có thể có ánh sáng từ một vật
cháy sáng bằng cách đốt nóng. Edison đã dùng nhiều vòng dây kim loại rất mảnh rồi
cho dòng điện có cường độ lớn đi qua để những vòng dây đó nóng đỏ lên, nhưng chỉ
sau chốc lát, các vòng đó đều cháy thành than. Vào tháng 4 năm 1879, Edison nẩy ra
một sáng kiến. Ông tự hỏi cái gì sẽ xẩy ra nếu sợi dây kim loại được đặt trong một
bóng thủy tinh không chứa không khí? Edison liền cho gọi Ludwig Boehm, một người
21

thợ thổi thủy tinh tại Philadelphia tới Menlo Park và phụ trách việc thổi bóng đèn. Việc
rút không khí trong bóng đèn cũng đòi hỏi một máy bơm mạnh mà vào thời đó chỉ có
tại trường đại học Princeton. Cuối cùng Edison cũng mang được chiếc máy bơm đó về
Menlo Park. Edison thử cho một sợi kim loại rất mảnh vào trong bóng thủy tinh rồi rút
không khí ra hết, khi nối dòng điện, ông có được thứ ánh sáng trắng hơn, thời gian
cháy cũng lâu hơn nhưng chưa đủ. Ngày 12/ 04/1879, để bảo vệ phát minh của mình,
Edison xin bằng sáng chế về bóng đèn cháy trong chân không mặc dù ông biết rằng
loại đèn này chưa hoàn hảo vì ông chưa tìm ra được một thứ gì dùng làm tóc trong
bóng đèn. Edison đã dùng sợi Platine nhưng thứ này quá đắt tiền lại làm tốn nhiều điện
lực hơn là cho ánh sáng hữu ích. Edison đã thử với nhiều thứ kim loại hiếm, chẳng hạn
như Rhodium, Ruthenium, Titane, Zirconium và Baryum nhưng tất cả những chất đó
chưa cho kết quả khả quan.
Vào 3 giờ sáng ngày Chủ Nhật, 19/ 10/ 1879, trong khi Edison và Batchelor, người
cộng sự, đang cặm cụi thí nghiệm thì nhà phát minh chợt nghĩ tại sao không dùng một
sợi than rất mảnh. Edison nghĩ ngay tới thứ thường dùng nhất trong nhà là sợi chỉ may.
Ông liền bảo Batchelor đốt cháy sợi chỉ để lấy các sợi than rồi cho vào bóng đèn. Khi
nối dòng điện, đèn cháy sáng, phát ra một thứ ánh sáng không đổi và chói chan. Edison
và các cộng sự viên thở ra nhẹ nhõm. Nhưng mọi người đều không rõ đèn cháy sáng
như vậy được bao lâu? 2 giờ trôi qua, rồi 3, 4. . . rồi 12 giờ. . . đèn vẫn sáng. Edison
đành nhờ các cộng sự viên thay thế để đi ngủ. Chiếc đèn điện đầu tiên của Thomas
Edison đã cháy liền trong hơn 40 giờ đồng hồ khiến cho mọi người hân hoan, tin tưởng
vào kết quả. Lúc đó, Edison mới tăng điện thế lên khiến cho sợi dây cháy sáng gấp bội
rồi đứt hẳn. Rất hãnh diện về phát minh của mình, Edison viết thư mời viên chủ nhiệm
tờ báo New York Herald gửi đặc phái viên tới Menlo Park. Ký giả Marshall Fox đã tới
phòng thí nghiệm của Edison và cùng nhà phát minh làm việc trong hai tuần lễ. Sáng
Chủ Nhật 21/12/1879, tờ báo Herald tường thuật về sự phát minh ra chiếc đèn điện
nhưng bài tường trình này đã làm đại chúng nghi ngờ và có người còn cho rằng “một
thứ ánh sáng như vậy trái với định luật thiên nhiên”. Có nhà báo lại khôi hài câu
chuyện và bảo “đèn điện của Edison đã được ông dùng bóng bay thả lên trời thành
những ngôi sao lấp lánh ban chiều”. Edison rất buồn cười về những lời phủ nhận sự

thật. Ông quyết định trình bày trước đại chúng chiếc đèn điện để phá tan mọi mối hoài
22
nghi. Ông cho treo hàng trăm bóng đèn điện quanh phòng thí nghiệm, quanh nhà ở và
dọc theo các con đường tại Menlo Park. Ngày 31/12/1879, một chuyến xe lửa đặc biệt
đã xuôi ngược New York - Menlo Park, mang theo hơn 3,000 người hiếu kỳ gồm cả
các nhà khoa học, các giáo sư, các nhân viên chính quyền cũng như các nhà kinh tài tới
quan sát tận mắt chiếc đèn điện. Đêm hôm đó cả vùng Menlo Park tràn ngập trong ánh
sáng chan hòa của một thứ đèn mới. Chính Thomas Alva Edison đã phát minh ra bóng
đèn sợi đốt.
“Rất nhiều sự thất bại trong cuộc sống đều là do người ta không nhận ra họ đã gần
với sự thành công tới chừng nào khi họ chấp nhận từ bỏ công việc của mình.” –
Thomas Edison
VI/ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU ( NIKOLA TESLA ) :
Làm thế nào mà cảnh hoàng hôn thơ mộng và lãng mạn lại có thể liên quan đến những
động cơ điện xoay chiều? Trong những giấc mơ thì mọi chuyện đều có thể xảy ra, nhất
là giấc mơ của một nhà phát minh thiên tài như Nikola Tesla. Và ở đây, điều quan
trọng là những giấc mơ của Tesla đã đem lại cho loài người những phát minh được xếp
vào hàng cơ bản và quan trọng nhất của nền văn minh công nghiệp.
Khi các thành viên của Hội Thương mại Chicago đến nghe bài giảng của nhà phát
minh điện học nổi tiếng Nikola Tesla ngày 13/5/1899, họ đã rất sững sờ khi nhìn thấy
cảnh một hồ nước nhân tạo nằm ngay giữa hội trường. Mọi người bàn tán xôn xao,
chắc chắn Tesla sẽ làm điều gì đó rất thú vị với một chiếc xuồng nhỏ đang trôi trên mặt
hồ kia. Đột nhiên, cái xuồng bỗng di chuyển quanh hồ và phát ra những luồng sáng
loang loáng. Ở trên bờ, Tesla đang vận hành một bộ điều khiển từ xa, dùng sóng vô
tuyến vô hình để truyền các lệnh đến chiếc xuồng. Trước đám đông đang vô cùng phấn
khích, Tesla đã mời một số người hô lên các lệnh: "Rẽ trái! Phát sáng!". Sử dụng bộ
phát sóng không dây của mình, Tesla liên tục truyền các tín hiệu cho chiếc xuồng. Kỳ
thú hơn nữa, Tesla còn trình diễn cho mọi người một màn trận giả đặc sắc, điều khiển
những khối thuốc nổ dynamite lao thẳng vào các tàu của kẻ địch. Khi ấy, Tesla đã
không thể biết rằng, cái mô hình "đồ chơi" của ông đã trở thành nguyên mẫu đầu tiên

cho tên lửa dẫn đường - một thứ vũ khí cực kỳ nguy hiểm.
23
Giấc mơ về một loại động cơ :
Tesla sinh ngày 10/7/1856 trong một gia đình người Xec-bi ở vùng biên giới của đế
quốc Áo-Hung, ngày nay là Croatia. Khi còn thiếu niên, Tesla học kỹ thuật ở trường
Bách khoa Joanneum ở Graz, Áo. Ở đó, những bài giảng về vật lý của giáo sư Jacob
Poeschl đã cuốn hút rất nhiều người trẻ tuổi. Từ những bài giảng của Poeschl, Tesla đã
bắt đầu suy nghĩ về một trong những phát minh quan trọng nhất của mình, một động cơ
AC (điện xoay chiều). Một ngày, khi quan sát giáo sư của mình đang cố gắng khắc
phục hiện tượng phát tia lửa điện từ các chổi quét đảo mạch của một động cơ DC (điện
một chiều), Tesla đã nảy ra ý tưởng chế tạo một loại động cơ mà không cần đến bộ đảo
mạch, anh lập tức đề xuất với thầy. Bực mình vì sự ngang bướng của học trò, Poeschl
đã diễn giải một tràng dài về sự bất khả thi trong việc chế tạo một loại động cơ như
vậy, cuối cùng ông kết luận: "Anh Tesla có lẽ sẽ làm nên những thứ vĩ đại, nhưng chắc
chắn là anh sẽ không bao giờ làm được cái động cơ ấy đâu!". Tuy nhiên, sự quở trách
ấy đã làm bùng lên trong Tesla những ngọn lửa quyết tâm sôi sục của khát vọng tuổi
trẻ. Trong suốt những năm còn ở Graz và sau đó là Prague, anh đã không ngừng theo
đuổi một cách miệt mài việc nghiên cứu chế tạo một loại động cơ không phát sinh tia
lửa điện.
Năm 1881, Tesla dời đến Budapest để làm việc cho hai anh em Tivadar và Ferenc
Puskas. Là một nhà tài trợ đầy tham vọng, Tivadar đã từng thuyết phục Thomas A.
Edison trao cho mình bản quyền những phát minh để giới thiệu chúng ở lục địa Châu
Âu. Anh em nhà Puskas đang có kế hoạch xây dựng một trạm điện thoại ở Budapest sử
dụng mẫu thiết kế điện thoại cải tiến của Edison. Thật không may, họ đã không thể tìm
được người làm việc khi Tesla đột nhiên ốm nặng. Nhờ có sự quan tâm của người bạn
học Anthony Szigeti mà Tesla đã có thể hồi phục.
Chính trong một buổi đi dạo với Szigeti, Tesla đã nảy ra một ý tưởng xuất thần về
chiếc động cơ của mình. Khi họ đang say mê ngắm cảnh hoàng hôn, Tesla đã đột nhiên
hình dung ra việc sử dụng từ trường quay cho chiếc động cơ - đó chính là một ý tưởng
mang tính quyết định. Tesla đã thực hiện việc đảo ngược cấu hình kỹ thuật, thay vì

việc thay đổi cực từ ở rotor, ông đã thay đổi từ trường ở bên trong chính stator. Cấu
hình mới này đã loại bỏ một cách tự nhiên sự phát sinh tia lửa điện. Tesla đã thấy rằng,
24
nếu từ trường trong stator mà quay, nó sẽ làm cảm ứng một điện trường trên rotor và
do đó khiến cho rotor quay. Ông cũng bắt đầu hình dung ra rằng, từ trường quay có thể
được tạo ra bằng việc sử dụng AC thay vì DC, nhưng ở thời điểm đó ông vẫn chưa biết
làm thế nào để biến ý tưởng này thành hiện thực.
Phát minh của thợ đào kênh :
Tesla đã dành tới 5 năm tiếp theo để thử nghiệm và định hình nên chiếc động cơ của
mình. Sau khi giúp anh em nhà Puskas xây dựng trạm điện thoại ở Budapest, Tesla
cùng với Tivadar dời đến Paris, tại đó họ tham gia vào việc thiết lập hệ thống chiếu
sáng của thành phố. Năm 1884, Tesla đến New York để gặp Edison nhưng ông đã
không có dịp để xây dựng mối quan hệ với nhà phát minh lỗi lạc này. Ở New York,
Tesla suýt nữa thì đã có thể trình bày với Edison về ý tưởng chiếc động cơ của mình.
Ông nhớ lại: "Lúc ấy là ở đảo Coney, và tôi đang chuẩn bị giải thích cho Edison thì
một ai đó đã chạy đến kéo ông ấy đi. Chiều hôm ấy tôi về nhà và bị sốt, lần này thì tôi
quyết định sẽ không nói với bất cứ người nào về chiếc động cơ của mình". Vài tháng
sau, khi Tesla vừa hoàn thành việc thiết kế một hệ thống phát sáng hồ quang cải tiến,
người quản lý của ông đã nuốt lời không trả món tiền thưởng như đã hứa, nhà phát
minh đã bỏ đi trong sự căm phẫn.
Sau đó Tesla đến làm việc cho hai nhà kinh doanh Benjamin A. Vail và Robert Lane
đến từ Rahway , họ đã khuyên ông đăng ký bằng phát minh về hệ đèn hồ quang để họ
có thể thương mại hóa nó. Tesla đã ngây thơ trao bản quyền phát minh cho hai kẻ quỷ
quyệt này với một niềm tin rằng họ sẽ đưa vào sản xuất ra những thiết bị để cạnh tranh
với Edison. Tuy nhiên, Vail và Lane đã quyết định dành tiền đầu tư vào các ứng dụng
bóng đèn điện. Vì thế, khi các đèn hồ quang của Tesla vừa được sử dụng ở Rahway thì
hai nhà kinh doanh đã lập thức sa thải ông và tổ chức lại nhà máy. Hoàn toàn trắng tay
sau khi bị bỏ rơi, Tesla đã buộc phải đi đào kênh để kiếm sống.

Mặc dù phải chịu đựng cả một năm cực nhọc, Tesla cũng đã tập trung tài năng của

mình trong tháng 3 năm 1866 để hoàn thành một bằng sáng chế ứng dụng cho động cơ
từ nhiệt - đó là một thiết bị mới, hoạt động dựa trên việc đốt nóng và làm lạnh các nam
châm. Sau khi trình bày phát minh của mình cho người quản đốc công việc đào kênh,
25