Làm thế nào tạo ra á kim không chứa kim loại?

Một loại vật liệu mới gọi là “á kim thung lũng spin” vừa được các nhà vật lí ở Nga, Nhật Bản và Mĩ dự đoán dựa trên tính toán. Mặc dù chưa được triển khai trong phòng thí nghiệm, nhưng đội nghiên cứu cho biết vật liệu trên có thể được ứng dụng trong các loại dụng cụ điện tử gốc carbon và tương thích sinh học.

Á kim là những vật liệu trong đó chỉ những electron có một phân cực spin nhất định (spin-up, chẳng hạn) tham gia vào sự dẫn điện. Do đó, những vật liệu này có thể tạo ra dòng điện với 100% phân cực spin. Điều này có nghĩa là các á kim có thể rất hữu ích cho việc chế tạo các dụng cụ điện tử học spin – các dụng cụ sử dụng spin của electron để lưu trữ và xử lí thông tin.

Tương tác mạnh

Các vật liệu được gọi là á kim là những hợp chất chứa các kim loại chuyển tiếp như nickel và mangan. Các nguyên tố này đảm bảo rằng có tương tác mạnh giữa các electron dẫn, đem lại sự phân cực spin. Tuy nhiên, các hợp chất kim loại này không thích hợp cho một vài ứng dụng trong tương lai của điện tử học spin như các dụng cụ điện tử tương thích sinh học và dụng cụ dựa trên carbon và phân tử hữu cơ.

Hình minh họa các mức năng lượng của một á kim thung lũng spin

Hình minh họa các mức năng lượng của một á kim thung lũng spin. Đường nét dày màu đen là mặt Fermi và các mũi tên đỏ và xanh lần lượt tương ứng với spin của lỗ trống và electron. (Ảnh: Viện Vật lí và Công nghệ Moscow)

Công trình mới này của Alexander Rozhkov, Artem Sboychakov, Kliment Kugel tại Viện Điện động lực học Lí thuyết và Ứng dụng ở Moscow, RIKEN ở Nhật Bản và Đại học Michigan ở Mĩ. Đội đã thực hiện các phép tính đề xuất rằng có thể chế tạo các á kim từ những hợp chất không chứa các kim loại chuyển tiếp.

Các nhà nghiên cứu tập trung vào những vật liệu gọi là chất cách điện sóng mật độ spin, chúng có chứa một cấu hình vùng tuần hoàn vi mô với phân cực spin khác không. Những vật liệu này có bốn dải năng lượng được đặc trưng bởi hạt mang điện (electron hoặc lỗ trống) và hạt mang spin (up hoặc down). Những dải như vậy thường được gọi là thung lũng và các dụng cụ cố gắng khai thác chúng nhằm các mục đích thực tiễn được gọi là “điện tử học thung lũng”.

Hai thung lũng

Các phép tính mà Rozhkow cùng đồng sự thực hiện cho thấy khi pha tạp hai chất cách điện sóng mật độ spin bằng những nguyên tử tạp chất, hai thung lũng sẽ hút lấy hạt mang điện và do đó gây ra sự dẫn điện. Hai thung lũng này có thể tạo nên cơ sở của một á kim. Tùy thuộc vào thành phần của vật liệu pha tạp, nó có thể là một á kim bình thường hoặc một loại vật liệu mới mà các nhà nghiên cứu đặt tên là “á kim thung lũng spin”.

Sboychakov cho biết nay đã đến lúc cho các nhà vật lí thực nghiệm thử chế tạo các hợp chất pha tạp trên. “Có nhiều vật liệu được mô tả thỏa đáng bởi mô hình mà chúng ta xử lí,” ông nói. “Vì thế, tôi cảm thấy bị thuyết phục rằng giai đoạn mà chúng tôi dự đoan cuối cùng sẽ được khám phá, hoặc ở một vật liệu có sẵn hiện nay hoặc ỏ một vật liệu cho đến nay vẫn chưa được tổng hợp”.

Nghiên cứu được mô tả trên tạp chí Physical Review Letters.

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
Tạo bảng điểm online

Các bài khác


Ai là người thực hiện thí nghiệm hai khe đầu tiên với electron độc thân?
18/05/2018
Trong vật lí học, thí nghiệm nào là đẹp nhất? Đây là câu hỏi mà Robert Crease đã nêu ra với độc giả tạp chí Physics World
Những bài học thiên văn ngắn (Phần 1)
09/05/2018
TỪ THẦN THOẠI ĐẾN KHOA HỌC: 600 tCN - 1550 sCN Các truyền thống mà nền thiên văn học hiện đại được xây dựng trên
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 11)
09/04/2018
Tương đương khối lượng-năng lượng Phương trình nổi tiếng nhất thế giới vật lí học cho ta biết rằng khối lượng và
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 10)
26/03/2018
Nguyên tử cơ học lượng tử Bất chấp những nỗ lực tột bậc của Rutherford và Bohr, những phương diện nhất định của cấu
Nguyên tố Rhodium
22/03/2018
Rhodium là một nguyên tố kim loại màu trắng bạc có ánh kim cao và chống ăn mòn. Nó được xem là kim loại quý hiếm nhất và giá
Hội nghị giảng dạy vật lý toàn quốc lần thứ IV - năm 2018 tại Đà Nẵng
17/03/2018
Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng phối hợp với Hội Giảng dạy Vật lí thuộc Hội Vật lí Việt Nam và Vụ
Stephen Hawking: 1942-2018
15/03/2018
Nhà vũ trụ học Stephen Hawking đã tạ thế hôm 14 tháng Ba 2018 tại nhà riêng của ông ở Cambridge, Anh. Ông nổi tiếng thế giới
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 9)
13/03/2018
Cấu trúc nguyên tử của Rutherford Lưỡng tính sóng-hạt chứng minh rằng thuyết lượng tử không những áp dụng được cho ánh

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

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