Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Năm 2005, Các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi liệu có thể phát triển một chất bán dẫn từ tính có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng hay không? Chỉ mười lăm năm sau, các nhà nghiên cứu đã phát triển những vật liệu đó ở dạng hai chiều, giải quyết một trong những vấn đề khó hiểu nhất của khoa học.
Năm 2005, các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi liệu có thể phát triển một chất bán dẫn từ tính có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng hay không? Chỉ mười lăm năm sau, các nhà nghiên cứu đã phát triển những vật liệu đó ở dạng hai chiều, giải quyết một trong những vấn đề khó hiểu nhất của khoa học.
Khi điện thoại thông minh, máy tính xách tay và máy tính của chúng ta ngày càng nhỏ hơn và nhanh hơn, các bóng bán dẫn bên trong chúng sẽ điều khiển dòng điện và lưu trữ thông tin. Nhưng bóng bán dẫn truyền thống chỉ có thể thu nhỏ rất nhiều. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Stevens đã phát triển một chất bán dẫn từ tính mỏng nguyên tử mới cho phép phát triển các bóng bán dẫn mới hoạt động theo một cách hoàn toàn khác; chúng không chỉ có thể khai thác điện tích của electron mà còn cả sức mạnh của spin, cung cấp một con đường khác để tạo ra các thiết bị điện tử nhỏ hơn và nhanh hơn.
Thay vì dựa vào việc chế tạo các linh kiện điện nhỏ hơn và nhỏ hơn, phát hiện mới được báo cáo trong số ra tháng 4 năm 2020 của Nature Communications có khả năng cung cấp một nền tảng quan trọng để thúc đẩy lĩnh vực điện tử học (spin + điện tử), một cách mới về cơ bản để vận hành điện tử và một sự thay thế rất cần thiết để tiếp tục thu nhỏ các thiết bị điện tử tiêu chuẩn. Ngoài việc loại bỏ rào cản thu nhỏ, nam châm mỏng nguyên tử mới cũng có thể cho phép tốc độ xử lý nhanh hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn và tăng khả năng lưu trữ.
EH Yang, một giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Viện Công nghệ Stevens, người đứng đầu dự án này chia sẻ: “Một chất bán dẫn sắt từ hai chiều là một vật liệu trong đó tính chất sắt từ và tính chất bán dẫn cùng tồn tại trong một, và vì vật liệu của chúng ta hoạt động ở nhiệt độ phòng, nó cho phép chúng ta dễ dàng tích hợp nó với công nghệ bán dẫn được thiết lập tốt,”.
Cường độ từ trường trong vật liệu này là 0,5 mT; trong khi cường độ từ trường yếu như vậy không thể cho phép chúng ta lấy một cái kẹp giấy, nó đủ lớn để thay đổi spin của các electron, có thể được sử dụng cho các ứng dụng bit lượng tử.
Khi máy tính được chế tạo lần đầu tiên, chúng lấp đầy toàn bộ căn phòng, nhưng bây giờ chúng có thể nằm gọn trong túi sau của bạn. Lý do cho điều này là luật của Moore, cho thấy cứ sau hai năm, số lượng bóng bán dẫn phù hợp với chip máy tính sẽ tăng gấp đôi, hiệu quả gấp đôi tốc độ và khả năng của một thiết bị. Nhưng các bóng bán dẫn chỉ có thể trở nên quá nhỏ trước các tín hiệu điện mà chúng được cho là không thể tuân theo mệnh lệnh của chúng.
Trong khi hầu hết các nhà dự báo kỳ vọng luật của Moore sẽ kết thúc vào năm 2025, các phương pháp thay thế không dựa vào quy mô vật lý đã được nghiên cứu. Thao tác xoay tròn các electron, thay vì chỉ dựa vào điện tích của chúng, có thể cung cấp một giải pháp trong tương lai.
Xây dựng một chất bán dẫn từ tính mới bằng vật liệu hai chiều – nghĩa là, dày hai nguyên tử – sẽ cho phép phát triển một bóng bán dẫn để điều khiển điện với điều khiển sự quay tròn của electron, lên hoặc xuống, trong khi toàn bộ thiết bị vẫn nhẹ , linh hoạt và minh bạch.
Sử dụng một phương pháp gọi là pha tạp thay thế tại chỗ, Yang và nhóm của ông đã tổng hợp thành công một chất bán dẫn từ tính, theo đó một tinh thể molybdenum disulfide được pha tạp thay thế bằng các nguyên tử sắt bị cô lập. Trong quá trình này, các nguyên tử sắt khởi động một số nguyên tử molypden và thay thế chúng, tại vị trí chính xác, tạo ra một vật liệu từ tính trong suốt và linh hoạt – một lần nữa, chỉ dày hai nguyên tử. Vật liệu này được tìm thấy vẫn được từ hóa ở nhiệt độ phòng, và vì nó là chất bán dẫn, nên nó có thể được tích hợp trực tiếp vào kiến trúc hiện có của các thiết bị điện tử trong tương lai.
Yang và nhóm của ông tại Stevens đã làm việc với một số tổ chức để hình ảnh vật liệu – nguyên tử bằng nguyên tử – để chứng minh rằng các nguyên tử sắt đã thay thế một số nguyên tử molypden. Các tổ chức này bao gồm Đại học Rochester, Viện bách khoa Rensselaer, Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven và Đại học Columbia.
“Để làm một cái gì đó tuyệt vời trong khoa học, bạn cần phải khiến người khác cộng tác với bạn,” Shichen Fu, một tiến sĩ nói. sinh viên ngành cơ khí tại Stevens kết luận. “Lần này, chúng tôi đã mang tất cả những người phù hợp đến với nhau – các phòng thí nghiệm với những thế mạnh khác nhau và những quan điểm khác nhau – để thực hiện điều này.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Stevens . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :