Buzz
Một nhóm các nhà khoa học tại Manchester (Anh), Hà Lan, Singapore, Tây Ban Nha, Thụy Sĩ, và Mỹ vừa công bố một nghiên cứu mới trong lĩnh vực spintronics, sử dụng graphene làm nền tảng để tạo ra các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo.
Các tiến bộ trong lý thuyết và thực nghiệm gần đây, cùng với những phát hiện đột phá trong nghiên cứu về spintronics liên quan đến graphene và các vật liệu hai chiều (2-D), đã thu hút sự chú ý của cộng đồng vào một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển mới đầy hứng thú.
Spintronics là sự kết hợp giữa điện tử và từ tính ở cấp độ nano, có thể dẫn đến sự ra đời của các thiết bị điện tử tốc độ cao thế hệ tiếp theo. Các thiết bị spintronic là lựa chọn thay thế khả thi cho các thiết bị điện tử nano (nanoelectronic) vượt ra ngoài giới hạn của định luật Moore, với khả năng sử dụng năng lượng hiệu quả hơn và ít gây lãng phí hơn so với các thiết bị điện tử truyền thống dựa trên dòng điện tích. Lý thuyết cho thấy chúng ta có thể tạo ra các điện thoại và máy tính bảng hoạt động bằng các bán dẫn và chip nhớ dựa trên spin điện tử.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Review of Modern Physics tập trung vào các khía cạnh mới của cấu trúc dị thể (heterostructure) và các hiện tượng liên quan.
Bạn có thể đã nghe về spintronics trên laptop và PC – những thiết bị này đã và đang sử dụng spintronics trong các cảm biến từ tính nằm trong vùng đọc của ổ đĩa cứng. Các cảm biến này cũng được áp dụng trong ngành công nghiệp xe hơi.
Spintronics là một hướng đi mới trong việc phát triển các thiết bị điện tử, trong đó cả bộ nhớ (RAM) và logic (bán dẫn) được thiết kế để tận dụng 'spin' (xoay), một thuộc tính cơ bản của electron, khiến chúng hoạt động như những nam châm nhỏ, cũng như lưu trữ điện.
Tiến sĩ Ivan Vera Marun, giảng viên tại Đại học Manchester, nhấn mạnh: 'Các tiến triển trong graphene spintronics và cấu trúc dị thể 2-D đã mở ra cánh cửa cho việc tạo ra, vận chuyển và phát hiện thông tin spin thông qua những hiệu ứng trước đây chỉ có thể thực hiện bằng graphene'.
'...Chúng tôi tin rằng trong tương lai, việc chuyển vận spin sẽ được thực hiện trong các cấu trúc dị thể 2-D, thậm chí ở nhiệt độ phòng. Việc này sẽ cho phép tận dụng những đặc tính cơ học lượng tử của các chức năng sóng điện tử, mang spin vào các vật liệu 2-D để sử dụng trong các thiết bị điện tử lượng tử trong tương lai'.
Việc kiểm soát sự chuyển vận spin trong graphene và các vật liệu 2-D đã mở ra nhiều ứng dụng mới trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là trong các cấu trúc dị thể tùy chỉnh – những cấu trúc dị thể van der Waals – chứa nhiều dãy vật liệu 2-D sắp xếp theo một cách chính xác. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn tổng thể về lĩnh vực graphene spintronics và làm sáng tỏ những lý thuyết và thực nghiệm liên quan.
Hàng tỷ thiết bị spintronics như cảm biến và chip nhớ đang được sản xuất. Tất cả các ổ đĩa cứng đều có một cảm biến điện từ sử dụng dòng spin, và các chip RAM từ tính cũng đang trở nên phổ biến hơn.
Trong thập kỷ vừa qua, đã có những tiến bộ đáng chú ý trong lĩnh vực graphene spintronics, và tiếp tục có những nghiên cứu tiếp theo để mở rộng sang các hợp chất 2-D mới.
Từ khi được khám phá vào năm 2004, graphene đã mở ra cánh cửa cho các vật liệu 2-D khác. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng những vật liệu này để tạo ra các cấu trúc dị thể gọi là các cấu trúc dị thể. Chúng có thể kết hợp với graphene để tạo ra các vật liệu thiết kế mới, nhằm sản xuất ra các thiết bị mà trước đó chỉ tồn tại trong tác phẩm khoa học viễn tưởng.
Giáo sư Francisco Guinea, một trong những tác giả của nghiên cứu, nói: 'Spintronics, các đặc tính và ứng dụng của spin trong vật liệu đã mang lại nhiều khái niệm mới trong việc nghiên cứu các loại chất rắn. Nghiên cứu về các khía cạnh cơ bản của chuyển động của electron mang spin là một trong những lĩnh vực sôi động nhất trong vật lý về chất rắn'.
Tính danh và đặc tính của các vật liệu lượng tử mới, với các cấu trúc điện tử đặc biệt và các tính chất từ tính, đang thu hút sự quan tâm ngày càng nhiều trên toàn cầu kể từ khi khái niệm chất cách điện tô-pô ra đời vào năm 2004. Spintronics đóng vai trò then chốt trong cuộc tìm kiếm này. Nhờ tính tinh khiết, độ bền và tính đơn giản của chúng, các vật liệu 2-D là nền tảng lý tưởng để khám phá các tính chất tô-pô độc đáo liên quan đến vật lý, điện tử và từ tính lượng tử.
Tổng quan, lĩnh vực spintronics trong graphene và các vật liệu 2-D đang phát triển mạnh mẽ, với các thiết bị spintronics graphene như máy dao động nano được sử dụng trong các ứng dụng giao tiếp không gian, liên kết sóng radio tốc độ cao, radar xe hơi và các ứng dụng liên lạc chip nội.
Tham khảo: Phys.org
