คนทั่วไปใช้ชีวิตอยู่ในเอกภพเดียว ทว่านักฟิสิกส์อาจมีประสบการณ์ชีวิตได้ในทวิภพ (ไม่ใช่ภพนี้และปรภพ) แต่เป็นภพธรรมดากับภพควอนตัม
ทั้งๆ ที่สสารทุกชนิดในเอกภพ ทั้งที่มีชีวิตและไม่มีชีวิตล้วนประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน ฯลฯ เหมือนกันหมด (ยกเว้นสสารมืดที่ยังไม่มีใครรู้ว่าประกอบธาตุหรืออนุภาคชนิดใด) ดังนั้นสมบัติของสสารก็น่าจะสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีของอันตรกิริยาต่างๆ ระหว่างอนุภาคเหล่านี้เหมือนกันหมด แต่ถ้าระบบนั้นมีขนาดใหญ่ สมบัติของระบบก็สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีของ Newton, Maxwell และ Einstein ส่วนระบบที่มีขนาดเล็กระดับ nanometer (10^-9 เมตร) หรือเล็กกว่า เราก็สามารถจะเข้าใจพฤติกรรมของระบบได้ด้วยทฤษฎีควอนตัมของ Planck, Schrödinger และ Heisenberg ซึ่งนอกจากจะช่วยให้เรารู้สาเหตุที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ แล้ว ยังสามารถช่วยให้เราพยากรณ์เหตุการณ์ที่จะเกิดขึ้นในระบบนั้นได้ด้วย การล่วงรู้กลไกเหล่านี้ จึงช่วยให้เรามีวิธีควบคุมเหตุการณ์ และรู้วิธีที่จะทำให้ระบบสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพดีขึ้นด้วย
สำหรับระบบที่มีขนาดเล็กระดับอะตอมและโมเลกุลที่เป็นโลกระดับจุลภาค ซึ่งถูกถูกควบคุมโดยอิทธิพลควอนตัม สสารที่อยู่ในระบบนี้ จึงเป็นสสารที่เรียกว่า สสารควอนตัม (quantum matter) ที่มีหลากหลายรูปแบบ เช่น quantum gas, quantum liquid, quantum solid, quantum optics, quantum magnet, superfluid และ superconductor เป็นต้น
ความสนใจของมนุษย์เรื่องโลหะหรือแร่ธาตุได้เกิดขึ้นมาเป็นเวลานานร่วม 7,000 ปีแล้ว โดยในเบื้องต้นคนโบราณได้เห็นว่าโลหะ/แร่ธาตุที่พบเห็นมีสีสวย และเป็นสิ่งที่หายาก จึงนำโลหะ เช่น ทองคำ ทองแดง เหล็ก ฯลฯ มาทำเป็นเครื่องประดับ แต่ในเวลาอีกไม่นานต่อมาก็ได้พบว่า นอกจากจะมีคุณค่าทางราคาและความสวยงามแล้ว โลหะเหล่านี้ถ้าถูกนำมาใช้ทำอุปกรณ์และเครื่องใช้ก็จะมีประโยชน์ด้วย ดังนั้นประวัติของมนุษยชาติ จึงมียุคเหล็ก ยุคตะกั่ว ยุคทองคำ ฯลฯ
ประวัติศาสตร์ยังได้จารึกอีกว่า เมื่อใดก็ตามที่มีการพบวัสดุใหม่ ๆ วิถีชีวิตของผู้คนในยุคนั้นก็จะเปลี่ยนทันที เช่น เมื่อมีการพบว่ายางมะตอย (asphalt) ที่ผลิตได้จากน้ำมันดิบ มีค่าความเหนียวค่อนข้างสูงและค่าความหนืดต่ำ จึงเหมาะสำหรับการนำมาใช้สร้างถนน โดยนำมาทำเป็นวัสดุคลุมผิว และตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาเทคโนโลยีการสร้างถนนก็ได้เปลี่ยนมาใช้ยางมะตอย
หรือครั้นเมื่อมีการพบวิธีสร้างเหล็กกล้าที่เป็นโลหะผสมระหว่างเหล็กกับคาร์บอน ซึ่งเมื่อได้เหล็กกล้าที่ไม่หักง่าย เพราะมันมีสมบัติความแข็งแกร่ง ความฝันของมนุษย์ที่จะมีตึกระฟ้าก็เริ่มเป็นความจริง
และในปี 1907 เมื่อ Leo Baekeland (1863–1944) ประดิษฐ์สาร bakelite ที่เป็นพลาสติกสังเคราะห์ เพราะพลาสติกเป็นฉนวนไฟฟ้า ความนิยมใช้วัสดุนี้จึงเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วทั่วโลก โดยเฉพาะในอเมริกา ซึ่งกำลังตื่นตัวที่จะใช้ไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรมและตามบ้าน โดยนำมาทำเป็นของเล่น ภาชนะเครื่องใช้ และอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ เป็นต้น
ตามปกติความต้องการของมนุษย์โดยทั่วไป มักจะเป็นตัวกำหนดทิศทางให้นักนวัตกรรมพยายามค้นหาวัสดุใหม่ ๆ มาเพื่อตอบสนองความต้องการนั้นๆ
ยกตัวอย่างเช่น ธุรกิจอวกาศที่มีการส่งจรวด ดาวเทียม สถานีอวกาศ หุ่นยนต์ และอุปกรณ์ไปสำรวจอวกาศเหนือโลกและนอกโลก อันเป็นสถานที่ ๆ มีความแตกต่างด้านอุณหภูมิและความดันอย่างสุดขั้ว อันเป็นสถานการณ์ที่เราไม่สามารถเผชิญได้บนโลก
โดยเฉพาะเวลายิงจรวดขึ้นอวกาศ หรือนำยานอวกาศกลับสู่โลก การเสียดสีระหว่างผิวจรวดที่มีความเร็วสูงมากกับบรรยากาศรอบโลกจะทำให้เกิดความร้อนมหาศาล จนอุณหภูมิที่ผิวสูงเป็น 1,000 องศาเซลเซียส ในสถานการณ์เช่นนี้ ถ้าเราใช้วัสดุธรรมดาทำผิวจรวด ผิวจะแตกและกร่อนพัง และนั่นก็หมายความว่ามนุษย์อวกาศจะเป็นอันตรายถึงชีวิต นอกจากนี้การตกอยู่ในสภาพที่มีอุณหภูมิสูง จะทำให้วัสดุธรรมดาขยายตัว ซึ่งตามปกติวัสดุต่างชนิดจะขยายตัวได้ดีต่างกัน ดังนั้นชิ้นส่วนต่าง ๆ ของอุปกรณ์ที่มีในยานอาจจะทำงานประสานกันได้ไม่ดี นั่นคือประสิทธิภาพของอุปกรณ์ก็จะลดลง ดังเช่นในกรณีการส่งยานอวกาศไปสำรวจดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์ต่าง ๆ ของระบบสุริยะที่มีอุณหภูมิต่ำมากถึง -270 องศาเซลเซียส การหดตัวที่แตกต่างกันของชิ้นส่วนต่าง ๆ ก็จะมีผลทำให้การทำงานของอุปกรณ์บกพร่อง
ดังนั้นจึงได้มีความพยายามจะสังเคราะห์วัสดุที่ไม่ขยายตัวและไม่หดตัวเลย ขณะอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลง
ดังเมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัย New South Wales ในออสเตรเลียได้ประดิษฐ์วัสดุที่เสถียร (คือ คงรูป) มากที่สุดชนิดหนึ่ง ซึ่งมีการขยายตัวเท่ากับศูนย์ (zero thermal expansion; ZTE) ที่ทำด้วยธาตุ scandium, aluminum, tungsten และ oxygen โดยมีสูตรโครงสร้างเป็น Sc1.5Al0.5W3O12 และได้พบว่าวัสดุประสมนี้ไม่ขยายตัวหรือหดตัว เวลาอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ -269 °C ถึง 1126 °C จึงเหมาะสำหรับการนำไปใช้งานในบริเวณที่มีความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสูงกับต่ำมากได้ เช่น บนดวงจันทร์ หรือใช้ทำเป็นตัวเครื่องบินสอดแนม SR-71 ชื่อ Blackbird ซึ่งมีความเร็วสูงถึง 3.4 Mach
ในขณะเดียวกัน วงการแพทย์ก็มีความพยายามจะสร้างอวัยวะเทียม เพื่อให้คนป่วยและคนพิการได้ใช้ด้วย แม้อุณหภูมิในร่างกายคนจะเปลี่ยนแปลงไม่มาก แต่การขยายตัวหรือหดตัวของวัสดุในอุปกรณ์เทียมที่แพทย์สอดใส่เข้าไปในร่างกายคน ก็อาจทำให้เกิดอันตรายต่อเนื้อเยื่อในร่างกายได้
N. Sharma ซึ่งเป็นนักวิจัยแห่งศูนย์ Synchrotron ที่ Australian ได้พบวัสดุ Sc1.5 Al0.5W3O12 ว่า เวลาวัสดุนี้ได้รับความร้อน อะตอมในสารจะมีพลังงานจลน์สูงขึ้น ระยะห่างระหว่างอะตอมก็จะมากขึ้น ความยาวพันธะก็จะมากขึ้นด้วย แต่ในเวลาเดียวกัน พลังงานจลน์บางส่วนได้ถูกนำไปใช้ในการทำให้อะตอมหมุนและสั่นด้วย การไม่เพิ่มปริมาตรในภาพรวม จึงทำให้วัสดุนั้นไม่ขยายตัว เพราะไม่มีการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาตรเลย ไม่ว่าจะเป็นตำแหน่งของอะตอมออกซิเจนหรืออะตอมอื่น รูปแบบของโครงสร้างก็ยังคงเดิม Sharma ได้กล่าวเสริมอีกว่า ทีมวิจัยยังไม่เข้าใจเหตุผลที่ทำให้วัสดุนี้มีเสถียรภาพเชิงความร้อน ทั้ง ๆ ที่เขาได้วัดค่าของสมบัติต่าง ๆ โดยใช้อุปกรณ์ diffractometer ของหน่วยงาน Australian Synchrotron แล้ว และได้ตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสาร Chemistry of Materials ฉบับวันที่ 15 มิถุนายน ปี 2021
ความรู้ทางวัสดุศาสตร์ที่เรามีในทุกวันนี้ ส่วนใหญ่เป็นข้อมูลเกี่ยวกับสมบัติเชิงกายภาพของสารประกอบและธาตุที่นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาจากการทดลอง ซึ่งมักกระทำกันในห้องปฏิบัติการที่มีอุณหภูมิไม่สูงหรือต่ำสุดขั้ว และที่ความดันปกติ
ในอดีตเมื่อ Dmitri Mendeleev (1834-1907) ได้รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสมบัติเชิงเคมีของธาตุต่าง ๆ ก็ได้พบว่า ถ้าเขาจัดเรียงธาตุต่าง ๆ ตามลำดับน้ำหนักเชิงอะตอม (atomic weight) สมบัติเชิงเคมีของธาตุต่างๆ จะเปลี่ยนเป็นคาบๆ (period) ตารางธาตุ (periodic table) ของ Mendeleev จึงได้ถือกำเนิดเมื่อปี 1869 และจากธาตุ 63 ธาตุที่ Mendeleev รู้จัก เขาได้นำธาตุเหล่านั้นมาจัดลงในตาราง และได้พบว่าในตารางมีช่องว่าง ที่ไม่ได้เป็นของธาตุใดเวลานั้น นั่นแสดงว่านักเคมียังไม่ได้พบธาตุที่มีสมบัติดังที่ปรากฏในตารางว่าง ในเวลาต่อมานักเคมีก็ได้พบธาตุใหม่ ๆ ที่มีสมบัติดังที่ Mendeleev ได้ทำนายไว้ทุกประการ
กระนั้นนักเคมีก็ยังไม่สามารถอธิบายที่มาของตารางธาตุได้ จนกระทั่งวิทยาการกลศาสตร์ควอนตัมถือกำเนิด จากนั้นนักฟิสิกส์ก็สามารถอธิบายได้ว่า เหตุใดธาตุต่างๆ ที่อยู่ในหมู่เดียวกัน จึงมีสมบัติคล้ายกันและแตกต่างจากธาตุที่อยู่ในหมู่อื่น องค์ความรู้ที่สำคัญ คือ การได้พบว่าอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่ในวงนอกสุดของอะตอมเป็นอิเล็กตรอนที่มีบทบาทมากในการทำให้อะตอมนั้นสามารถทำปฏิกิริยาเคมีได้กับอะตอมอื่นๆ
แต่สมบัติทางเคมีของธาตุตามที่ปรากฏในตำราเคมีทั่วไป มักเป็นสมบัติที่ธาตุแสดงออกขณะที่ธาตุนั้นอยู่ในสภาวะปกติ (นั่นคือ มีอุณหภูมิโดยประมาณเท่าอุณหภูมิห้อง และความดันโดยประมาณหนึ่งบรรยากาศ) และถ้านักฟิสิกส์เพิ่มความดันบรรยากาศให้มากขึ้นๆ สมบัติต่างๆ ของสสารก็จะเปลี่ยนตาม เพราะปริมาตรของอะตอมในสสารได้ลดลง อิเล็กตรอนได้ถูกอัดให้วงโคจรของมันมีขนาดเล็กลง หรือไปซ้อนทับกับอิเล็กตรอนในวงโคจรของอะตอมอื่น จนทำให้เกิดพันธะทางเคมีรูปแบบอื่น หรือเกิดธาตุอื่นที่มีโครงสร้างของโมเลกุลรูปแบบใหม่
ดังการทดลองของ Carl Bosch (1874-1940) กับ Fritz Haber (1868–1934) ซึ่งได้สังเคราะห์ปุ๋ยแอมโมเนียในปริมาณมาก โดยใช้ความดันที่สูงประมาณ 200-400 บรรยากาศ เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีจากการรวมไนโตรเจนในอากาศกับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูงประมาณ 400-650 องศาเซลเซียส และมีเหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ผลงานนี้ทำให้ Bosch ได้รับรางวัลโนเบลเคมีประจำปี 1931 ร่วมกับ Friedrich Bergius (1884-1949) (และ Haber ได้รับรางวัลโนเบลเคมีปี 1918 จากการสังเคราะห์แอมโมเนียในปริมาณมาก แต่ในเวลาต่อมาเขาถูกพิพากษาว่าเป็นอาชญากรสงคราม เพราะได้นำแก๊สพิษ อันได้แก่ แก๊สน้ำตา คลอรีน ฟอสจีน (COCl2) และมัสตาร์ด มาใช้ในสงครามโลกครั้งที่ 1)
อีกตัวอย่างหนึ่งของธาตุที่แสดงสมบัติแตกต่างจากธรรมดา เวลาธาตุตกอยู่ภายใต้ความดันที่สูงมาก ธาตุนั้น คือ คาร์บอน ซึ่งได้กลายสภาพเป็นถ่านหิน เพราะเวลาต้นไม้ ซึ่งมีองค์ประกอบหลักเป็นคาร์บอนล้มตาย ซากจะถูกทับถมด้วยชั้นดินและหินที่หนามากจนอยู่ลึก ซึ่งความดันและอุณหภูมิของดินและหินใต้โลกในบริเวณนั้นจะสูงมาก เช่น ที่ระยะลึก 100 กิโลเมตร ความดันจะสูงตั้งแต่ 30,000-50,000 เท่าของความดันบรรยากาศที่ผิวโลก และที่ความดันมากเช่นนี้ โครงสร้างของคาร์บอนในรูป graphite ที่เป็นวงหกเหลี่ยม (hexagon) คล้ายรังผึ้งในระนาบ 2 มิติ จะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างเป็นรูปทรงสี่หน้า (tetrahedron) ของเพชรที่มีสมบัติแตกต่างไปอย่างสิ้นเชิง เพชรที่เกิดตามธรรมชาติจำเป็นต้องใช้เวลาในการสร้าง นานหลายร้อยล้านปี และเมื่อความต้องการของผู้คนที่จะมีเพชรในครอบครองได้เพิ่มมากขึ้นตลอดเวลา นักวัสดุศาสตร์จึงคิดจะลดขั้นตอนและเวลาในการสังเคราะห์เพชร โดยสร้างเพชรเทียม ซึ่งใช้ความดันที่สูงและอุณหภูมิที่สูงมากระทำที่คาร์บอน คือ เผาที่อุณหภูมิประมาณ 2,760 องศาเซลเซียส และความดันประมาณ 100,000 เท่าของบรรยากาศ
การเปรียบเทียบความดันดังกล่าวนี้กับความดันที่ใจกลางของดาวพฤหัสบดี ซึ่งมีค่าประมาณ 10^8 เท่าของความดันบรรยากาศ แสดงให้เห็นว่าคาร์บอนที่ใจกลางของดาวพฤหัสบดีจะต้องมีโครงสร้างใหม่ที่ไม่เหมือนโครงสร้างของเพชร และเราก็ยังไม่รู้ว่าโครงสร้างนั้นเป็นรูปแบบใด ด้านนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็ได้คำนวณพบว่า ที่ใจกลางของดาวแคระขาว (white dwarf) กับที่ใจกลางของดาวนิวตรอน (neutron star) นั้น มีความดันมากถึง 10^20 และ 10^30 เท่าของบรรยากาศโลก ที่ความดันสูงมหาศาลเช่นนี้ นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่มั่นใจว่า สสารที่อยู่ ณ ใจกลางของดาวเหล่านี้จะมีโครงสร้างและสมบัติอย่างไร แต่ที่รู้ก็คือโครงสร้างนั้น จะมีรูปแบบที่คาดไม่ถึงอย่างแน่นอน
การศึกษาธรรมชาติของธาตุหรือสารประกอบที่ความดันอปกติ จึงกำลังเป็นเรื่องใหญ่และสำคัญอีกเรื่องหนึ่งของการวิจัยทางวัสดุศาสตร์ ซึ่งปัจจุบันส่วนใหญ่มักจะเป็นการศึกษาด้านทฤษฎี
เช่น ได้มีการพบว่าที่ความดัน 1 ล้านเท่าของบรรยากาศโลก ออกซิเจนจะกลายเป็นโลหะ และที่ความดัน 1.3 ล้านเท่าของบรรยากาศโลก สารประกอบ hydrogen sulfide (H2S) จะกลายสภาพเป็นตัวนำยวดยิ่ง และถ้าความดันเพิ่มมากเป็น 2.6 ล้านเท่าของบรรยากาศโลก แก๊สไฮโดรเจนก็จะกลายเป็นโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดี เป็นต้น
ตัวเลขดังที่กล่าวมานี้ เป็นผลที่คำนวณได้จากทฤษฎี ซึ่งจะต้องได้รับการยืนยันว่าถูกต้องโดยการทดลอง นั่นคือ เราจำเป็นต้องสร้างห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ที่สามารถเนรมิตความดันระดับพันล้านหรือหมื่นล้านเท่าของความดันบรรยากาศโลกได้ และอาจจะกระทำได้ โดยการนำวัสดุที่มีความแข็งมากกว่าเพชรมาก มาทำเป็นทั่ง (anvil) ที่มีลักษณะเป็นปลายแหลมและยาวระดับนาโนเมตร ในรูปของเข็มนาโน (nanoneedle) ที่ทำด้วยเพชร หรือใช้ wurtzite boron nitride (w-BN), carbon nanotubes (CNTs), graphene, lonsdaleite, dyneema, palladium micro alloy glass และ buckypaper
การอัดสารด้วยทั่งที่ทำด้วยวัสดุที่แข็งยิ่งกว่าแข็งนี้ สามารถทำให้เกิดความดันที่สูงเป็นพันล้านเท่าของบรรยากาศโลกได้ ดังนั้นถ้าเราต้องการจะเห็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น เราก็อาจจะใช้รังสีเอกซ์จากเครื่องเร่งอนุภาค synchrotron ฉายไปที่วัสดุ ซึ่งกำลังถูกอัด และเห็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในเวลาจริงได้
ด้านการทดลองที่ใช้ sodium ก็ได้ผลที่แสดงว่า ณ อุณหภูมิปกติ sodium เป็นธาตุที่ว่องไวในการทำปฏิกิริยาเคมี และเป็นธาตุที่เปลี่ยนแปลงรูปทรงได้ง่ายเวลามีแรงมากระทำ จากนั้นมันจะค่อย ๆ โปร่งใส และมีพฤติกรรมที่แสดงว่าเป็นสารที่มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างสารกึ่งตัวนำกับฉนวน
ดังนั้นบุคคลใดก็ตามที่สามารถทำให้ไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นตัวนำยวดยิ่งได้ เขาก็คงจะได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์อย่างแน่นอน
เมื่อเดือนมีนาคม ปี 2018 Pablo Jarillo-Herrero ปัจจุบันอายุ 47 ปี จากสถาบัน MIT ได้แสดงปาฐกถาในที่ประชุมของสมาคมฟิสิกส์ แห่งสหรัฐอเมริกา ที่เมือง Los Angeles ก่อนการบรรยายจะเริ่ม Jarillo-Herrero ได้กล่าวว่า “เขารู้สึกเสมือนเป็นดาราเพลง rock ที่มีแฟนเพลงจำนวนมากชื่นชม (แฟนในที่นี้ไม่ใช่คนทั่วไป แต่เป็นนักวัสดุศาสตร์)” จนผู้จัดการประชุม ต้องเปิดห้องประชุมที่อยู่ติดกันให้ทุกคนได้นั่งฟัง และเห็นองค์ปาฐก ในการบรรยายครั้งนั้น Jarillo-Herrero ได้กล่าวถึงการค้นพบสมบัติใหม่ของ graphene ซึ่งเป็นวัสดุสองมิติ ที่มีอะตอมคาร์บอนจับกันเป็นรูปหกเหลี่ยมด้านเท่าเรียงติดต่อกันเหมือนแผ่นกระเบื้องที่ใช้ปูพื้น และเขาก็ได้พบว่าเวลานำแผ่น graphene สองแผ่นมาซ้อนกัน โดยให้แกนสมมาตรที่อยู่ในระนาบของแผ่นทั้งสองเอียงทำมุม 1.1 องศากัน แผ่น graphene ทั้งคู่จะกลายสภาพเป็นตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 1.7 องศาเคลวิน ซึ่งตราบจนวันนี้ก็ยังไม่มีใครสามารถอธิบายได้ว่า เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น
ล่าสุดเมื่อวันที่ 30 สิงหาคมปีนี้ ในวารสาร Physical Review B ฉบับที่ 108 มีรายงานผลการวิจัยของ Fedor K. Popov จากมหาวิทยาลัย New York ว่า ในการทดลองที่ใช้แผ่น graphene สามแผ่นเรียงซ้อนกัน โดยให้สองแผ่นแรกมีแกนสมมาตรเอียงทำมุมกัน +1.5 องศา และแผ่นที่สองกับแผ่นที่สามมีแกนสมมาตรที่เอียงทำมุมกัน
-1.5 องศา ผลปรากฏว่า อุณหภูมิวิกฤตของระบบสามแผ่นได้เพิ่มขึ้นเป็น 2.3 องศาเคลวิน ซึ่งนับว่าสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตของระบบสองแผ่นถึง 40%
ประเด็นที่น่าสนใจ คือ จำนวนแผ่นของ graphene ที่เพิ่มขึ้น ได้ทำให้อุณหภูมิวิกฤตของระบบเพิ่มขึ้นใช่หรือไม่ และถ้าใช่ เราจำเป็นต้องใช้แผ่น graphene กี่แผ่น และให้แกนสมมาตรของแผ่นเอียงทำมุมกี่มากน้อย จึงจะทำให้ได้ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง หรือถ้าจะให้แผ่น graphene ที่อยู่ติดกัน เช่น แผ่นที่ 1 กับแผ่นที่ 2 เอียงทำมุม θ12 กัน และแผ่นที่ 2 กับแผ่นที่ 3 เอียงทำมุม θ23 นักวัสดุศาสตร์ควรจะให้อัตราส่วน θ12 / θ23 มีค่าเท่าใด อุณหภูมิวิกฤตของระบบจึงจะมีค่าสูงสุด
ในส่วนของการประยุกต์ใช้นั้น คำถามก็มีอีกมากว่า แผ่น graphene ที่เรียงซ้อนกันหนา 30 แผ่นนั้น สามารถนำมาใช้ทำเป็นเกราะป้องกันกระสุนปืน หรือทำผิวดาวเทียมที่สามารถป้องกันไม่ให้ถูกสะเก็ดอุกกาบาตที่มีความเร็วสูงกว่าเสียงทำลายได้หรือไม่
อ่านเพิ่มเติมจาก “olycrystalline SnSe with a thermoelectric figure of merit greater than the single crystal” โดย Chongjian Zhou และคณะ ใน Nature Materials ฉบับวันที่ 2 August 2021 DOI: 10.1038/s41563-021-01064-6
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
