Đâu là thách thức trong tương lai khi các nhà khoa học thực hiện giấc mơ siêu dẫn nhiệt độ phòng?

Nghiên cứu bảo tồn và khai thác tài nguyên côn trùng ở Việt Nam: tại sao không?

(1) Thế  giới  côn  trùng  vô  cùng  phong  phú  và  đa  dạng,  chúng  là  sản  phẩm  kỳ  diệu  của  thiên  nhiên. Trong tự nhiên, không lớp  động vật nào có thể so sánh với  côn trùng về độ phong phú đến  kỳ  lạ  của  thành  phần  loài.  Các  nhà khoa học ước tính côn trùng  có  tới  7-8  triệu  loài,  nhưng  mới  chỉ có khoảng 1 triệu loài đã được  xác định. Để bù lại kích thước cơ  thể nhỏ bé, côn trùng có sức sinh  sản  và  phát  triển  cực  nhiều  và  cực nhanh, tạo ra sinh khối lớn.  

(2) Theo dự báo của các nhà côn  trùng  học  Hà  Lan  (2012),  sâu  Gạo  hay  sâu  Quy  (Zophobas  morio)  có  lẽ  không  xa  sẽ  soán  ngôi  tất  cả  các  loại  thực  phẩm  dinh dưỡng như thịt gà, bò, lợn,  sữa...  để  trở  thành  nguồn  cung  cấp protein chính cho loài người  trong  tương  lai.  Việc  nuôi  sâu  Gạo  chỉ  chiếm  10%  diện  tích  đất so với nuôi bò, 30% diện tích  dành cho việc  chăn nuôi lợn, 40%  diện tích dành  nuôi gà, trong khi  mức cung cấp  chất đạm  của loài  sâu này lại cao tương đương với  các loại thực phẩm nêu trên. Từ  hàng chục năm qua, người Trung  Quốc đã nuôi nhân tạo kiến Gai  đen  (Polyrhachis  dives)  để  thu  trứng kiến (thật ra là nhộng kiến)  bán với giá 350 USD/kg hay chế  biến thành rượu kiến, cũng như ở  Papua New Guinea, người nông  dân lập trang trại nuôi bướm xuất  khẩu  và  thu  lợi  bình  quân  đạt  5.000  USD/người/năm...  Trong  khi đó thực tế ở Việt Nam, đã từ  lâu người dân vẫn thường xuyên  thu  bắt  côn  trùng  tự  phát  theo  cách tận diệt về làm thực phẩm  hay thuốc chữa bệnh.

(3) Người Mexico dìm những tấm  vải xuống nước để Cà cuống đẻ  hàng triệu trứng vào đó, rồi thu  trứng đem phơi khô và dùng làm  bánh ngọt. Ở Ấn Độ, nhiều bộ tộc  đã ăn kiến, châu chấu, ấu trùng  và  nhộng  của  một  số  loài  cánh  cứng, bướm, ong... Ở Irắc, hàng  năm có khoảng 35 tấn côn trùng  được  thu  thập  và  bán  trên  thị  trường để dùng làm thực phẩm. Ở  các nước công nghiệp phát triển  (Mỹ, Hà Lan), người ta chế biến  côn trùng thành đồ hộp hay đặt  thêm  vào  các  loại  bánh.  Ngoài  việc khai thác côn trùng làm thực  phẩm, hướng khai thác côn trùng  phục  vụ  du  lịch  và  làm  đồ  mỹ  nghệ (hình 1) rất phát triển. Hàng  năm, Hồng Kông sử dụng khoảng  gần 1 triệu cá thể côn trùng để  làm các sản phẩm trang sức hoặc  đồ tiện dụng.

(4) Theo tổ chức Lương thực nông  nghiệp  Liên  hợp  quốc  (FAO),  hiện  nay  ở  các  quốc  gia  phát  triển  như  Pháp,  Ý,  Nhật  Bản...  và  các  nước  châu  Á  như  Thái  Lan,  Trung  Quốc,  Campuchia,  Malaysia, Singapore... côn trùng  được  sử  dụng  làm  thức  ăn  rất  nhiều, được bày bán dọc đường  và trong các nhà hàng lớn. Đồng  thời, tổ chức FAO cũng đưa ra dự  báo côn trùng sẽ là nguồn thực  phẩm chính trong tương lai.

(5) Julieta  Ramos  (2014)  cho  rằng, trên thế giới có ít nhất 3.000  nhóm sắc tộc ở 113 quốc gia ăn  côn  trùng  và  số  lượng  loài  côn  trùng có thể ăn được là khoảng  1.400 loài. Các công bố khoa học  gần  đây  cho  biết,  số  lượng  loài  côn trùng làm thực phẩm ở Trung  Quốc là 40 loài, Thái Lan là 134,  Myanmar là 15, Indonesia là 30  và Philippine là 19 loài.

(6) Bên cạnh đó, việc xây tạo các  vườn  bướm  hay  nhà  bướm  để  khách tham quan cũng phát triển  ở nhiều nước Đông Nam Á (hình  2). Từ rất lâu đã hình thành các  công  ty  buôn  bán  côn  trùng  và  người ta gọi là “nhánh kinh tế côn  trùng”.

(7) Trong  khoảng  hơn  10  năm  gần đây, một số cán bộ khoa học  trẻ đã quan tâm nghiên cứu các  đối  tượng  côn  trùng  có  ý  nghĩa  kinh tế như luận án tiến sỹ của  Phan  Anh  Tuấn  (2006)  về  sâu  Chít   ( Brihaspa   atrostigmella Moore),  Vũ  Văn  Liên  (2008)  về  các  loài  Bướm  (Lepidoptera),  Hoàng   Thị   Hồng   Nghiệp  (2015)  về  sâu  Tre  ( Omphisa   fuscidentalis ),  Bùi  Thanh  Vân  (2018)  về  kiến  (Formicidae),  Phạm Hữu Hùng (2019) về Cánh  cứng (Coleoptera) và những kết  quả  đề  tài  nghiên  cứu  về  nhân  nuôi  Cà  cuống  của  Vũ  Quang  Mạnh (1999), côn trùng làm thực  phẩm  của  Phạm  Quỳnh  Mai  (2015)... Kết quả nghiên cứu về  côn  trùng  làm  thực  phẩm,  dược  liệu phải kể đến nghiên cứu của  Vũ  Quốc  Trung  (2007)  đã  nêu  chi tiết 39 loài côn trùng được sử  dụng trong y học cổ truyền của  Việt Nam như bộ Gián ( Blattodea hay  Dyctioptera ) có Gián phương  Đông ( Blatta orientalis ), Gián đất  ( Eupolyphaga sinensis ); bộ Cánh  cứng (Coleoptera) có bọ Thẹt, bọ  Xịt, bọ Đánh rắm ( Pheropsophys  jessoensis ),   Xén   tóc   hoa  ( Anoplophora  chinensis ),  Xén  tóc  dâu  ( Apriona  germari ),  Xén  tóc  nâu  ( Nadezhdiella  cantori ),  Đom đóm ( Luciola vitticollis ), Ban  miêu  đen  vạch  trắng  ( Epicauta  gorhami ), Ban miêu khoang vàng  ( Mylabris  phalerata ),  bọ  hung  (con đực) ( Catharsius molussus ),  Sùng đất, Đuông dừa ( Holotrichia  morosa ),  bọ  Dừa  ( Lepidiota  bimaculata ), Mọt khuẩn đen, con  Quy  ( Alphitobius  diaperinus )...  Hoàng Thị Hồng Nghiệp (2017)  đã  cung  cấp  danh  sách  34  loài  Hình 2. Một kiểu nhà bướm. 49 Soá 10 naêm 2019 Khoa học và đời sống côn  trùng  lâm  nghiệp  làm  thực  phẩm  có  thể  ăn  được  ở  vùng  Tây  Bắc  nước  ta.  Cụ  thể,  bộ  Chuồn  chuồn  (Odonata)  có  loài  Chuồn  chuồn  ớt  ( Crocothemis  servilia ); bộ bọ Ngựa (Mantodea)  có  bọ  Ngựa  xanh  ( Hierodula  patellifera )  và  bọ  Ngựa  Trung  Quốc  ( Tenodera  sinensis );  bộ  Mối  (Isoptera)  có  các  loài  mối  đất thuộc giống Macrotermes và  Odontotermes;  bộ  Cánh  thẳng  (Orthoptera)  có  Cào  cào  nhỏ  ( Atractomorpha  sinensis ),  Châu  chấu lúa ( Oxya chinensis ), Muỗm  xanh ( Euconocephalus incertus ),  Muỗm   nâu   ( Euconocephalus  broughtoni ),  Dế  dũi  ( Gryllotalpa  orientalis ),  Dế  mèn  nâu  lớn  ( Tarbinskiellus    portentosus )  và  Dế  mèn  nâu  nhỏ  ( Gryllus  testaceus ) ...   Với  các  loài  côn  trùng  sử  dụng  làm  vật  liệu  văn  hóa  phẩm,  giáo  dục  và  du  lịch  có  thể  đạt  tới  hàng  nghìn  loài  thuộc rất nhiều bộ, đặc biệt là bộ  Cánh  cứng  (Coleoptera),  Cánh  vảy (Lepidoptera), Chuồn chuồn  (Odonata)...  tùy  theo  vùng  sinh  thái và khả năng nhân nuôi.

(8) Từ  các  kết  quả  nghiên  cứu  khác  nhau,  có  thể  nhận  thấy,  nhiều loài côn trùng có ý nghĩa  kinh tế là những loài đặc hữu và  đang  bị  khai  thác  một  cách  tận  diệt. Nếu không được tổ chức bảo  tồn  bằng  cách  nhân  nuôi  khoa  học và tổ chức khai thác hợp lý,  chắc chắn sẽ bị tuyệt chủng.

(9) Sâu  Chít,  sâu  Tre  là  những  loài  đặc  hữu  cho  vùng  núi  Tây  Bắc; kiến Gai đen, ong Đất, ong  Khoái là những loài đặc hữu cho  vùng núi phía Bắc; các loài bướm  Phượng  như  Troides  helena,  Troides  aeacus   và  Teinopalpus  aureus ...  cũng  là  những  loài  đặc  hữu  cho  một  vài  nơi  núi  cao. Thậm chí ngay một số loài  gây hại như sâu Đuông hại Dừa  ( Rhynchophorus ferrugineus ), bọ  Dừa nhỏ ( Diocalandrafrumenti )...  chỉ phát triển ở miền Nam cũng  có  thể  đưa  vào  danh  sách  các  loài cần bảo tồn và khai thác. Tất  nhiên có nhiều loài có tên trong  Sách đỏ Việt Nam hay Công ước  quốc  tế  về  buôn  bán  các  loại  động,  thực  vật  hoang  dã  nguy  cấp  (CITES)  vẫn  đang  bị  người  dân  “vô  tư”  khai  thác.  Bởi  họ  không được ai phổ biến và giúp  đỡ  phương  pháp  nhân  nuôi  để  khai thác hợp lý, bền vững.

(10) Có thể nói, cho đến nay lĩnh  vực  bảo  tồn  và  khai  thác  tài  nguyên  côn  trùng  chưa  được  quan tâm đúng mức so với giá trị  của nó trong tự nhiên và với con  người.  Do  vậy,  để  côn  trùng  có  thể “phục vụ” con người tốt hơn  như khả năng vốn có, chúng tôi  xin nêu một vài gợi ý sau:

Một  là,   kinh  nghiệm  ở  nhiều  nước  cho  thấy,  khai  thác  tài  nguyên  sinh  vật  nói  chung,  tài  nguyên côn trùng nói riêng một  cách khoa học là con đường bảo  tồn  tích  cực  và  bền  vững.  Do  vậy, Cục Bảo tồn thiên nhiên và  Đa dạng sinh học thuộc Bộ Tài  nguyên và Môi trường cũng như  các cơ quan quản lý khoa học có  liên quan ở nước ta nên có những  buổi trao đổi khoa học (seminar)  hay tổ chức các đề tài nghiên cứu  về lĩnh vực “bảo tồn, khai thác tài  nguyên côn trùng”.

Hai  là,   nên  lồng  ghép  vào  chương  trình  khởi  nghiệp  hoặc  khuyến khích doanh nghiệp đầu  tư tổ chức liên kết giữa nhà khoa  học, nhà nông (đặc biệt đồng bào  vùng núi) trong việc bảo tồn và  khai thác tài nguyên côn trùng...  Bởi với các kết quả nghiên cứu  như của Phan Anh Tuấn (2006),  Hoàng Thị Hồng Nghiệp (2015),  Bùi Thanh Vân (2018)... nêu trên  để có thể khai thác hiệu quả và  tạo ra những sản phẩm có giá trị  thì cái thiếu chính là vốn đầu tư  và tổ chức chuỗi sản phẩm. Nhà  khoa  học  chỉ  có  chuyên  môn,  nhà  nông  có  cơ  sở  vật  chất  để  phát triển bảo tồn và khai thác tài  nguyên côn trùng nên cần phải  có  “nhà  thứ  3,  thứ  4...”  có  điều  kiện tổ chức gắn kết họ lại để trở  thành lực lượng bảo tồn và khai  thác  tài  nguyên  côn  trùng  khoa  học, có hiệu quả và bền vững.  

Ba là,  tài nguyên côn trùng chủ  yếu tập trung ở miền núi và vùng  nông nghiệp, đặc biệt ở các vườn  quốc  gia  và  khu  bảo  tồn  thiên  nhiên. Do vậy, nên đưa vào các  chương trình phát triển kinh tế -  xã hội miền núi hoặc nông thôn  nội  dung  “Bảo tồn và khai thác  tài  nguyên  côn  trùng”  cụ  thể  ở  các địa phương, giúp người quản  lý và người dân biết làm giàu từ  tài nguyên thiên nhiên một cách  khoa học và  bền vững.

(Nguồn: “Nghiên cứu bảo tồn và khai thác tài nguyên côn trùng ở Việt Nam: tại sao không?”, Bùi Công Hiểu, Trịnh Văn Hạnh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)

Nội dung chính của văn bản trên là?

Để chứng minh rằng một vật liệu là siêu dẫn, các nhà nghiên cứu  thường  kiểm  tra những tính chất nào của vật liệu?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Nghiên cứu mới về siêu dẫn gần nhiệt độ phòng

(1) Vật  liệu  được  coi  là  chất  siêu  dẫn  khi  năng lượng điện được  truyền đi với hiệu suất  100%.  Các chất siêu dẫn có thể  ứng dụng trong một loạt các thiết  bị như máy chụp cộng hưởng từ  trong  bệnh  viện.  Tuy nhiên,  sự  phát triển của các ứng dụng này  đã bị cản trở bởi vì trạng thái siêu  dẫn chỉ xuất hiện tại nhiệt độ thấp  hơn nhiệt độ phòng (295 K).  Trong  một  bài  báo  mới được  công  bố  trên Tạp chí Nature * , Drozdov và  các cộng sự đã  báo cáo một kết  quả đáng ngạc nhiên về tính chất  siêu dẫn của lanthanum hydride.  Khi bị nén tại một áp suất lớn hơn  một  triệu  lần  áp  suất  khí  quyển  của  trái  đất,  lanthanum  hydride  sẽ xuất hiện tính chất siêu dẫn ở  nhiệt độ 250 K - nhiệt độ cao nhất  của chất siêu dẫn từng được biết  đến.

(2) Siêu  dẫn  được  phát  hiện  lần  đầu tiên trong thủy ngân tại nhiệt  độ dưới 4 K vào năm 1911. Nhiệt  độ  mà  tại  đó  vật  liệu  trở  thành  chất siêu dẫn được gọi là nhiệt độ  tới hạn.  Sau khi phát hiện ra siêu  dẫn, người ta thấy rằng cần thiết  phải tìm kiếm các vật liệu có nhiệt  độ tới hạn lớn hơn 4 K.  Trong hơn  một thế kỷ qua, nhiều chất siêu  dẫn đã được phát hiện, giá trị của  nhiệt độ tới hạn liên tiếp được cải  thiện và dần hướng tới mục tiêu  cuối  cùng  là  bằng  với  nhiệt  độ  phòng  (25 o C,  tương  đương  với  298 K).

(3) Drozdov và  các  cộng  sự  đã  phá vỡ kỷ lục vào năm 2014 khi  họ  phát  hiện  ra  rằng  hydrogen  sulfide (một chất gây ra mùi thối  của  trứng  gà)  thể  hiện  tính  chất  siêu  dẫn  tại  nhiệt  độ  tới  hạn  khoảng  200  K  khi  nó  được  nén  với  một  áp  suất  gấp  2  triệu  lần  áp  suất  khí  quyển.  Sau  đó,  vào  năm 2018, hai nhóm nghiên cứu  độc  lập  (Drozdov  và  cộng  sự;  Somayazulu và cộng sự) đã công  bố  gần  như  đồng  thời  kết  quả  nghiên  cứu  của  mình  với  khẳng  định,  lanthanum  hydride  có  thể  xuất hiện tính chất siêu dẫn ở nhiệt  độ cao hơn (từ 215 đến 280 K).

(4) Đặc điểm chung của các chất  siêu  dẫn  hydrogen  sulfide  và  lanthanum  hydride  là  chúng  rất  giàu hydro và tính chất siêu dẫn  chỉ  xuất  hiện  dưới  một  áp  suất  cực cao (hơn một triệu lần áp suất  khí quyển).  Trong điều kiện khắc  nghiệt như vậy, các liên kết hóa  học bị thay đổi đáng kể và hình  thành các cấu trúc mới không ổn  định.  Trong trường hợp lanthanum  hydride, áp suất cao đã dẫn đến  sự hình thành cấu trúc LaH 10 , cấu  trúc  hóa  học  này  có  hàm  lượng  hydro cao hơn nhiều so với cấu  trúc của lanthanum hydride tại áp  suất khí quyển.

(5) Để đạt được áp suất cực cao  (gần bằng một nửa áp suất tại lõi  của trái đất), Drozdov và các cộng  sự đã sử dụng một thiết bị gọi là  tế bào đe bằng kim cương.  Thiết  bị này có thể nằm gọn trong lòng  bàn tay và tạo áp lực bằng cách  nén  mẫu,  trong  đó  mẫu  được  nằm trong một lá kim loại mỏng,  giữa hai viên kim cương có hình  dạng dẹt. Tuy nhiên cần  lưu  ý  rằng,  với  cấu  tạo  này  chỉ  một  số  phép  đo  là  có  thể  thực  hiện được,  vì mẫu có kích thước  rất nhỏ (~0,01 mm) và được bao  quanh bởi các lá kim loại và kim  cương  có  kích  thước  tương  đối  lớn.    Hơn nữa, để có thể đo được  độ  dẫn  điện,  các  dây  dẫn  điện  cần phải tiếp xúc với mẫu, nhưng  phải cách ly điện bằng giấy bạc.

(6) Các  tác  giả  đã  vượt  qua  được  những  thách  thức  trong  việc  thiết  kế thí nghiệm  siêu dẫn với áp suất  cực cao và đã báo cáo những kết  quả  quan  trọng  về  tính  chất  siêu  dẫn tại nhiệt độ cao của lanthanum  hydride.  Để chứng minh rằng một  vật liệu là siêu dẫn, các nhà nghiên  cứu  thường  kiểm  tra  3  tính  chất  của vật liệu như sau: điện trở bằng  không, sự  giảm nhiệt độ tới hạn dưới  một từ trường  và từ thông bị đẩy ra  khỏi  bên  trong  vật  liệu  (một  hiện  tượng  vật  lý  được  gọi  là  hiệu  ứng  Meissner).  Drozdov  và  các  cộng  sự đã phát hiện ra 2 đặc tính đầu  tiên của chất siêu dẫn.  Đặc tính cuối  cùng - hiệu ứng Meissner đã không  thể quan sát được vì các mẫu quá  nhỏ.

(7) Việc tìm kiếm tính chất siêu dẫn  nhiệt độ cao trong các vật liệu giàu  hydro có thể được liên kết với các  dự đoán trước đó vào năm 2004. Dự  đoán này dựa trên một lý thuyết cho  rằng các nguyên tố với khối lượng  nguyên tử thấp có thể đóng góp vào  giá trị nhiệt độ tới hạn cao.  Hydro  là nguyên tố nhẹ nhất trong bảng  tuần hoàn, do đó tối ưu cho nhiệt  độ tới hạn cao.  Dựa trên logic này,  việc thay thế hydro bằng một đồng  vị  deuterium  nặng  hơn  sẽ  dẫn  tới  giảm nhiệt độ tới hạn.  Drozdov và  các cộng sự đã quan sát tính chất  siêu  dẫn  với  đồng  vị  này  và  thấy  rằng nhiệt độ tới hạn của lanthanum  deuteride thấp hơn so với lanthanum  hydride. Kết luận này gần như chính  xác theo dự đoán của lý thuyết.

(8) Từ quan điểm khoa học, những  kết quả này cho thấy chúng ta đang  bước  vào  giai  đoạn  chuyển  đổi  từ  tìm  kiếm  chất  siêu  dẫn  bằng  thực  nghiệm,  trực  giác  hoặc  may  mắn  sang tìm kiếm chất siêu dẫn dựa trên  các hướng dẫn được dự đoán bởi lý  thuyết. Nhiệt độ tới hạn của vật liệu  siêu dẫn từ lâu đã được coi là một  trong  những  tính  chất  khó  có  thể  tính toán chính xác.  Tuy nhiên, các  thực nghiệm trên hydrogen sulfide  và lanthanum hydride đã được thúc  đẩy bởi các kết quả từ tính toán lý  thuyết.  Những thành công đáng chú  ý này dường như được thúc đẩy bởi  các tiến bộ trong các phương pháp  tính toán gần đây.

(9) Tầm quan trọng thực tế của tính  chất  siêu  dẫn  trong  các  vật  liệu  được tổng hợp với số lượng cực nhỏ  tại một áp suất lớn hơn áp suất khí  quyển một triệu lần là gì?  Câu trả  lời phụ thuộc vào việc các trạng thái  siêu dẫn có thể được phục hồi tại  áp suất khí quyển hay không.  Bản  thân kim cương là một ví dụ về vật  liệu  được  hình  thành  tại  áp  suất  cao nhưng có thể tồn tại trong áp  suất  khí  quyển.  Nỗ  lực  sản  xuất  kim cương tổng hợp cung cấp động  lực đáng kể cho sự phát triển của  các phương pháp thực nghiệm với  áp  suất  cao.  Tuy  nhiên,  ngày  nay  kim cương tổng hợp được phát triển  bằng cách sử dụng một kỹ thuật với  áp  suất  thấp  gọi  là  lắng  đọng  hơi  hóa học.  Về mặt lạc quan, cuối cùng  có thể sử dụng các phương pháp với  áp suất thấp tương tự để tạo ra các  chất siêu dẫn siêu bền được phát  hiện ban đầu tại áp suất cao.

(10) Trong vài năm tới, các thí nghiệm  có  thể  sẽ  tập  trung  vào  việc  tìm  kiếm tính siêu dẫn trong các vật liệu  giàu hydro có áp suất thấp hơn.  Do  đó dường như nhiều khả năng giấc  mơ  siêu  dẫn  nhiệt  độ  phòng  có  thể được thực hiện trong tương lai  gần.  Tại  thời  điểm  đó,  thách  thức  lớn  sẽ  chuyển  từ  đẩy  nhiệt  độ  tới  hạn lên cao hơn sang đẩy áp suất  cần thiết xuống thấp hơn.

(Nguồn: “Nghiên cứu mới về siêu dẫn gần nhiệt độ phòng”, Nguyễn Tuấn Hưng, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 9, năm 2019)

Nội dung chính của văn bản trên là?

Vật liệu được coi là chất siêu dẫn khi nào?

Siêu  dẫn  được  phát  hiện lần đầu tiên ở đâu?

Đặc điểm chung của các chất siêu dẫn hydrogen sulfide và lanthanum hydride là gì?

Năm 2014, ai đã phát hiện ra hydrogen sulfide thể hiện tính chất siêu dẫn?