ÚC – Tương tự như các vân sóng xoáy xuất hiện trên màn hình máy tính khi các điểm ảnh (pixel) bị lệch hàng, một nghiên cứu mới do đại học Flinders (Flinders university) dẫn đầu đang đi sâu vào tìm hiểu hiện tượng ‘moiré patterns’ (tạm dịch là ‘vân moiré’) ở cấp độ nguyên tử trong lĩnh vực đầy tiềm năng: sắt điện (ferroelectricity) (*).
(*) Ferroelectricity: là một đặc tính của một số vật liệu cách điện (điện môi), trong đó vật liệu sở hữu một độ phân cực điện tự phát, nghĩa là tự bản thân nó đã có các cực điện âm (-) và dương (+) tách biệt giống như một thanh nam châm có hai cực nam – bắc. Đặc điểm chính của vật liệu sắt điện là hướng phân cực này có thể bị đảo ngược (hoặc thay đổi hoàn toàn) khi bị áp một điện trường (điện áp) từ bên ngoài vào.

Các vân sóng xuất hiện trên màn hình máy tính khi các điểm ảnh bị lệch hàng. Hiện tượng này minh họa cho cách thức mà các sai lệch sắp xếp ở cấp độ nano phức tạp có thể tạo ra những đặc tính vật lý mới.

Nghiên cứu mới về hiện tượng ‘vân moiré’, được thực hiện cùng các chuyên gia tại đại học Monash và đại học công nghệ Nanyang (Singapore), mở ra những hướng đi mới cho ngành khoa học điện tử và quang học. Bằng cách khám phá các cấu trúc vân siêu mạng (superlattice) (*) phức tạp này dưới nhiều góc độ, nhóm nghiên cứu hướng tới việc tạo ra những tiềm năng mới cho vật liệu và năng lượng.
(*) Superlattice: là một cấu trúc vật liệu nhân tạo được tạo ra bằng cách xếp chồng xen kẽ các lớp vật liệu cực mỏng khác nhau (thường chỉ dày vài nanomet hoặc vài lớp nguyên tử) một cách tuần hoàn.

Tiến sĩ Pankaj Sharma, thuộc viện khoa học và công nghệ nano tại đại học Flinders, chia sẻ: “Tương tự ví dụ về điểm ảnh, các lớp vật liệu mỏng có thể xếp chồng chỉ bằng một nguyên tử theo các hướng lệch nhau để đạt được những đặc tính vật lý mà vật liệu có cấu trúc nhiều lớp lại không có được, bao gồm tính siêu dẫn, các trạng thái dẫn điện hoặc cách điện đặc biệt, và cả tính sắt điện”.

Tiến sĩ Pankaj Sharma nói tiếp: “Cách thức hoạt động của các cấu trúc này chưa được khám phá đầy đủ, nhưng những thử nghiệm ban đầu đã hé lộ một số hiệu ứng quang học và điện tử rất khác biệt, cho thấy vật liệu sắt điện moiré có thể đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng quang tử học (photonics) và linh kiện nano tiết kiệm năng lượng tương lai.”

Tương tự hiện tượng từ tính, tính sắt điện liên quan đến sự sắp xếp của các điện tích bên trong vật liệu thay vì các cực từ. Ở một số loại vật liệu nhất định, các lưỡng cực điện siêu nhỏ sẽ tự sắp xếp để tạo ra một trạng thái phân cực điện, và trạng thái này có thể đảo ngược được bằng cách áp một điện áp vào.

Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí Small Structures, sử dụng kỹ thuật hiển vi tiên tiến cùng các phương pháp khác để khám phá cấu trúc bề mặt phân cực, cũng như các điều kiện hình thành nên chúng trong vật liệu moiré.

Đồng tác giả Josh Edwards, nghiên cứu sinh tiến sĩ vật lý tại phòng thí nghiệm Sharma, nhận định rằng tiềm năng từ việc xếp chồng chuẩn xác các lớp vật liệu mỏng lên nhau là vô cùng lớn.

Ông Edwards chia sẻ: “Những cấu trúc phân cực siêu nhỏ này có khả năng phản hồi nhanh chóng với các tác nhân kích thích từ bên ngoài. Do đó, chúng có triển vọng vượt trội so với các cấu trúc từ tính tương tự đang được nghiên cứu cho các công nghệ máy tính, như bộ nhớ mật độ cao và các hệ thống máy tính mô phỏng não bộ (brain-inspired computing)”.

Các vật liệu moiré mới này còn có tiềm năng được thiết kế để mang tính sắt điện và khả năng phân cực theo nhiều cách phức tạp, cả ở các lớp riêng lẻ lẫn các cấu trúc bất đối xứng gương (chiral) ở cấp độ nano (xem hình bên dưới).

Để xem các tin bài khác về “Sắt điện”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online