Graphene nhân tạo lên sàn debut

Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa tạo ra những mẩu graphene nhân tạo đầu tiên có những tính chất điện tử có thể điều khiển được theo một kiểu không thể nào có ở dạng graphene tự nhiên. Những mẩu chất đó có thể dùng để nghiên cứu tính chất của cái gọi là fermion Dirac, cái mang lại cho graphene nhiều tính chất điện tử độc nhất vô nhị của nó. Nghiên cứu có thể dẫn tới việc chế tạo ra một thế hệ mới những chất liệu và dụng cụ lượng tử với hành trạng hết sức kì lạ.

Graphene là một lớp nguyên tử carbon được tổ chức thành một mạng lưới tổ ong. Các nhà vật lí biết rằng những hạt, như electron, chuyển động qua một cấu trúc như thế hành xử như thể chúng không có khối lượng và chuyển động qua chất liệu ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Những hạt này được gọi là fermion Dirac không có khối lượng và hành trạng của chúng có thể khai thác trong nhiều ứng dụng đa dạng, ví dụ như các transistor hoạt động nhanh hơn bất kì transistor nào hiện có.

Graphene “phân tử” mới, như tên nó được đặt, giống với graphene tự nhiên, ngoại trừ ở chỗ các tính chất điện tử cơ bản của nó có thể điều chỉnh dễ dàng hơn nhiều. Nó được tạo bằng cách sử dụng một kính hiển vi quét chui hầm nhiệt độ thấp với đầu nhọn – gồm các nguyên tử iridium – có thể dùng để định vị riêng từng phân tử carbon monoxide trên một chất nền bằng đồng dẫn, nhẵn hoàn hảo. Carbon monoxide đẩy các electron chuyển động tự do trên bề mặt đồng và “ép” chúng tạo thành hình tổ ong, trong đó chúng hành xử giống như các electron graphene không có khối lượng – theo giải thích của Hari Manoharan, người lãnh đạo nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Stanford.

Ảnh minh họa graphene nhân tạo.

Ảnh minh họa graphene nhân tạo. Các phân tử carbon monoxide (màu đen) dẫn các electron (màu vàng cam) vào một cái khuôn hình tổ ong gần như hoàn hảo được đặt tên là graphene phân tử. (Ảnh: Hari Manoharan/Stanford University)

Mô tả bởi Dirac

“Chúng tôi đã xác nhận các electron graphene là những fermion Dirac không có khối lượng bằng cách đo phổ dẫn của các electron chuyển động trong chất liệu của chúng tôi,” Manoharan nói. “Chúng tôi đã chứng minh rằng các kết quả phù hợp với phương trình Dirac hai chiều cho những hạt không khối lượng đang chuyển động ở tốc độ ánh sáng chứ không phải phương trình Schrödinger quen thuộc cho các electron có khối lượng.”

Rồi các nhà nghiên cứu còn thành công trong việc điều chỉnh tính chất của các electron ở graphene phân tử bằng cách di chuyển vị trí của các phân tử carbon monoxide trên bề mặt đồng. Sự di chuyển này có tác dụng làm biến dạng cấu trúc mạng để nó trông như bị ép lại theo một trục nào đó – cái làm cho các electron hành xử như thể chúng bị tác dụng bởi một từ trường hay một điện trường mạnh, mặc dù không có trường nào thật sự như thế tác dụng hết. Đội khoa học đã có thể điều chỉnh mật độ electron trên bề mặt đồng bằng cách đưa các khiếm khuyết hay tạp chất vào trong hệ.

“Việc nghiên cứu những mạng nhân tạo như thế theo kiểu này nhất định có thể đưa đến những ứng dụng công nghệ, nhưng chúng còn mang lại một mức độ điều khiển mới trên các fermion Dirac và cho phép chúng ta truy xuất thực nghiệm đến nhiều hiện tượng cho đến nay chỉ có thể nghiên cứu trên tính toán lí thuyết,” Manoharan nói. “Việc đưa vào những tương tác có thể điều chỉnh giữa các electron có thể cho phép chúng ta tạo ra chất lỏng spin ở graphene, chẳng hạn, và quan sát hiệu ứng Hall spin lượng tử nếu chúng ta có thể thành công trong việc đưa vào các tương tác spin-quỹ đạo giữa các electron.”

Manoharan cho biết thêm rằng graphene phân tử chỉ là chất liệu đầu tiên thuộc loại cấu trúc lượng tử “designer” này, và ông hi vọng có thể tạo ra những chất liệu nano khác có các tính chất tô pô học kì lạ, sử dụng những kĩ thuật từ dưới lên giống như vậy.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature 483 306.

Alpha Physics – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Photon là gì?
25/07/2021
Là hạt sơ cấp của ánh sáng, photon vừa bình dị vừa mang đầy những bất ngờ. Cái các nhà vật lí gọi là photon, thì những
Lược sử âm thanh
28/02/2021
Sóng âm: 13,7 tỉ năm trước Âm thanh có nguồn gốc từ rất xa xưa, chẳng bao lâu sau Vụ Nổ Lớn tĩnh lặng đến chán ngắt.
Đồng hồ nước Ktesibios
03/01/2021
Khoảng năm 250 tCN. “Đồng hồ nước Ktesibios quan trọng vì nó đã làm thay đổi mãi mãi sự hiểu biết của chúng ta về một
Tic-tac-toe
05/12/2020
Khoảng 1300 tCN   Các nhà khảo cổ có thể truy nguyên nguồn gốc của “trò chơi ba điểm một hàng” đến khoảng năm 1300
Sao neutron to bao nhiêu?
18/09/2020
Các nhà thiên văn vật lí đang kết hợp nhiều phương pháp để làm hé lộ các bí mật của một số vật thể lạ lùng nhất
Giải chi tiết mã đề 219 môn Vật Lý đề thi TN THPT 2020 (đợt 2)
04/09/2020
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 96)
04/09/2020
Khám phá Hải Vương tinh 1846 John Couch Adams (1819–1892), Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811–1877), Johann Gottfried Galle (1812–1910) “Bài
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 95)
04/09/2020
Các định luật Kirchhoff về mạch điện 1845 Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) Khi vợ của Gustav Kirchhoff, Clara, qua đời, nhà vật

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com