Buzz
Các nhà khoa học Mỹ đã công bố phát hiện về khả năng biến chất lượng than chì thành 'vàng điện tử'. Chi tiết như thế nào?
Các nhà vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) của Mỹ đã biến than chì (một phần của viết chì) thành 'vàng' bằng cách xếp chồng 5 lớp graphene theo một trình tự cụ thể.
Sau đó, vật liệu thu được có thể điều chỉnh để hiển thị 3 đặc tính quan trọng chưa từng xuất hiện ở than chì tự nhiên, đánh dấu một khám phá quan trọng trong vật lý vật liệu sử dụng các kỹ thuật cải tiến cỡ nano.
Long Ju, trợ lý giáo sư tại Khoa Vật lý của MIT và là người đứng đầu nghiên cứu, nói: 'Thiên nhiên mang đến rất nhiều điều bất ngờ. Trong trường hợp này, chúng tôi không bao giờ nghĩ rằng tất cả những điều thú vị này đều tập trung vào than chì. Rất hiếm có vật liệu trên Trái Đất có thể có nhiều tính chất như vậy'.
Sự xuất hiện của 'Twistronics'
Than chì bao gồm các tấm nguyên tử carbon hình lục giác (graphene) xếp chồng lên nhau. Đây là dạng carbon nguyên chất ổn định nhất trong điều kiện tiêu chuẩn. Than chì mềm, có trọng lượng riêng thấp, không phản ứng đáng kể và có độ dẫn điện và nhiệt cao.
Carbon tồn tại dưới dạng nhiều cấu trúc tinh thể khác nhau tự nhiên, một trong số đó là graphene - một lớp nguyên tử carbon hình lục giác.
Graphene đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học kể từ khi nó được phát hiện khoảng 20 năm trước.
Khoảng 5 năm trước, một nhóm nghiên cứu tại MIT đã phát hiện ra rằng việc xếp chồng các tấm graphene và xoắn chúng theo một góc nhỏ có thể tạo ra các đặc tính mới cho vật liệu, từ tính siêu dẫn đến từ tính, dẫn đến sự ra đời của lĩnh vực Twisttronics.
Twisttronics là lĩnh vực nghiên cứu về độ xoắn giữa các lớp của một vật thể theo chiều dọc, ảnh hưởng đến các thuộc tính của nó.
Trong nghiên cứu gần đây được Scitechdaily báo cáo vào ngày 5/11/2023, 'chúng tôi đã khám phá ra các đặc tính thú vị mà không cần phải vặn xoắn chúng' - Nhà nghiên cứu Long Ju nói.
Ông và đồng nghiệp đã phát hiện rằng xếp chồng 5 lớp graphene theo một trật tự cụ thể cho phép các electron di chuyển xung quanh vật liệu và tương tác với nhau. Hiện tượng này, được gọi là tương quan điện tử, 'là điều kỳ diệu làm cho tất cả các đặc tính mới này trở nên khả thi'.
Than chì và thậm chí cả các tấm graphene đơn lẻ là tốt về dẫn điện và dẫn nhiệt, nhưng vật liệu mà Long Ju và đồng nghiệp đã tạo ra, được gọi là graphene xếp chồng hình thoi năm lớp, 'có giá trị cao hơn nhiều so với tổng các phần của nó'.
Chìa khóa để phân tách vật liệu này là một loại kính hiển vi mới được Long Ju chế tạo tại MIT vào năm 2021. Nó có thể nhanh chóng xác định nhiều đặc tính quan trọng của vật liệu ở mức nano vì graphene xếp chồng hình thoi năm lớp chỉ dày vài phần tỷ mét.
Kính hiển vi mà Long Ju chế tạo, được gọi là Kính hiển vi quang học trường gần quét kiểu tán xạ (s-SNOM) cho phép các nhà khoa học xác định và phân tách các lớp xếp chồng mà họ quan tâm.
Kết quả: họ phát hiện ra sự xuất hiện của ba đặc tính khác nhau tùy thuộc vào số lượng electron tràn vào.
'Chúng tôi đã phát hiện rằng vật liệu này có thể cách điện, có từ tính hoặc có tính chất tôpô. Về cơ bản, Long Ju giải thích, vật liệu tôpô cho phép các electron chuyển động không bị cản trở xung quanh các cạnh của vật liệu, nhưng không đi qua phần giữa.
Các electron di chuyển theo một hướng dọc theo rìa vật liệu được ngăn cách bởi một dải phân cách tạo thành tâm của vật liệu. Vì vậy, cạnh của vật liệu tôpô là chất dẫn điện hoàn hảo, trong khi phần trung tâm là chất cách điện.
Long Ju và các đồng tác giả kết luận trong tạp chí Nature Nanotechnology: 'Công trình của chúng tôi thiết lập graphene đa lớp xếp chồng hình thoi như một nền tảng có khả năng nghiên cứu lĩnh vực vật lý tôpô mở rộng sau này'.
Nguồn: Scitechdaily, E nergyeducation
