CANADA – Các thiết bị điện tử dựa vào các vật liệu có tính chất điện thay đổi theo nhiệt độ, khiến chúng kém ổn định hơn trong điều kiện phức tạp. Một khám phá của các nhà nghiên cứu tại Đại học McGill (McGill University) về tính chất vật lý cho thấy bismuth, một kim loại, có thể trở thành nền tảng cho các linh kiện điện tử có độ ổn định cao.

Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy một hiệu ứng điện bí ẩn trong bismuth siêu mỏng, hiệu ứng này không thay đổi trong phạm vi nhiệt độ rộng, từ gần độ không tuyệt đối (-273°C) đến nhiệt độ phòng.

Ông Guillaume Gervais, Giáo sư vật lý tại đại học McGill và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã nói rằng: “Nếu chúng ta có thể khai thác được điều này, nó có thể trở nên quan trọng đối với ngành điện tử xanh”.

Phát hiện này có thể dẫn đến sự phát triển của các linh kiện và thiết bị điện tử hiệu quả, ổn định và thân thiện với môi trường hơn, bao gồm mục đích khám phá không gian và y tế. Bismuth không độc hại và tương thích sinh học.

Giáo sư Guillaume nói tiếp: “Chúng tôi mong đợi hiệu ứng này sẽ biến mất khi chúng tôi tăng nhiệt độ, nhưng điều đó đã không xảy ra; chúng tôi tiếp tục để ở nhiệt độ phòng và nó vẫn ở đó.

Ý tưởng từ chiếc bào phô mai
Được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, nghiên cứu về việc quan sát hiệu ứng hall (AHE) (1) không phụ thuộc vào nhiệt độ bên trong một mảnh bismuth dày 68 nanomet. Hiệu ứng này, tạo ra điện áp vuông góc với dòng điện được áp dụng, thường liên quan đến các vật liệu có tính chất từ ​​tính. Tuy nhiên, bismuth là chất nghịch từ, nghĩa là nó thường không biểu hiện trạng thái như vậy.
(1) Hiệu ứng hall: là một hiệu ứng vật lý xảy ra trong các vật liệu từ tính, đặc biệt là trong các kim loại từ tính, khi dòng điện chạy qua chúng tạo ra một từ trường vuông góc với dòng điện và trường điện.

Để thực hiện khám phá này, Giáo sư Guillaume và các đồng nghiệp, bao gồm tác giả chính và ứng viên Tiến sĩ Oulin Yu, đã phát triển một kỹ thuật mới để tạo ra bismuth siêu mỏng. Lấy ý tưởng từ chiếc bào phô mai, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các rãnh siêu nhỏ trên một tấm bán dẫn, sau đó bào mỏng các lớp bismuth bằng máy. Sau đó, họ thử nghiệm các mảnh này dưới từ trường mạnh – mạnh hơn hàng chục nghìn lần so với nam châm tủ lạnh – tại Phòng thí nghiệm từ trường cao quốc gia (National High Magnetic Field Laboratory) ở bang Florida (Mỹ).

Phá vỡ các định luật vật lý
Các nghiên cứu trước đây cho rằng bismuth không biểu hiện hiệu ứng hall, khiến cho phát hiện của nhóm nghiên cứu càng trở nên khó hiểu hơn.

Giáo sư Guillaume đã nói rằng: “Tôi không thể chỉ ra một lý thuyết nào có thể giải thích được điều này, chỉ đưa ra một số lời giải thích mang tính phỏng đoán”.

Một giả thuyết là cấu trúc nguyên tử của bismuth hạn chế chuyển động của electron theo cách mô phỏng hành vi của vật liệu tôpô, các chất lạ mới được phát hiện có bề mặt và cấu trúc thể hiện các đặc tính khác nhau. Những vật liệu này có thể cách mạng hóa máy tính.

Bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là khám phá liệu hiệu ứng hall của bismuth có thể được chuyển đổi thành đối tác lượng tử của nó, hiệu ứng hall bất thường lượng tử (QAHE) hay không. Một đột phá có thể mở đường cho các thiết bị điện tử hoạt động ở nhiệt độ cao hơn so với trước đây.

Để xem các tin bài khác về “Điện tử”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online