Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã chụp được hình ảnh 3D của các hạt nano trong chất lỏng với độ chính xác nguyên tử và phát triển một công tắc điện siêu mỏng có thể thu nhỏ hơn nữa các thiết bị điện toán và thiết bị điện tử cá nhân mà không làm giảm hiệu suất.
Kể từ khi được phát minh vào những năm 1930, kính hiển vi điện tử đã giúp các nhà khoa học nhìn vào cấu trúc nguyên tử của các vật liệu thông thường như thép và thậm chí là graphene kỳ lạ. Nhưng bất chấp những tiến bộ này, các kỹ thuật hình ảnh như vậy không thể vạch ra chính xác cấu trúc nguyên tử 3D của vật liệu trong dung dịch lỏng như chất xúc tác trong pin nhiên liệu hydro hoặc chất điện phân trong pin xe hơi của bạn.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Berkeley phối hợp với Viện Khoa học cơ bản ở Hàn Quốc, Đại học Monash ở Úc và UC Berkeley, đã phát triển một kỹ thuật tạo ra hình ảnh 3D ở quy mô nguyên tử của các hạt nano rơi trong chất lỏng giữa các tấm graphene, vật liệu mỏng nhất có thể. Phát hiện của họ đã được báo cáo ngày 2 tháng 4 trên tạp chí Khoa học .
Peter Ercius, nhà khoa học nhân viên tại xưởng đúc phân tử của Berkeley Lab cho biết: “Đây là một kết quả thú vị. Hiện tại chúng ta có thể đo các vị trí nguyên tử theo ba chiều xuống chính xác nhỏ hơn sáu lần so với hydro, nguyên tử nhỏ nhất”.
Kỹ thuật này được gọi là 3D SINGLE (Nhận dạng cấu trúc của hạt nano bằng kính hiển vi điện tử tế bào graphene Liquid), sử dụng một trong những kính hiển vi mạnh nhất thế giới tại xưởng đúc phân tử của Phòng thí nghiệm Berkeley. Các nhà nghiên cứu đã chụp được hàng ngàn hình ảnh của tám hạt nano bạch kim “bị mắc kẹt” trong chất lỏng giữa hai tấm graphene – được gọi là “cửa sổ graphene”.
Những tấm graphene này – mỗi tấm chỉ dày một nguyên tử – “đủ mạnh để chứa các túi chất lỏng nhỏ cần thiết để thu được hình ảnh chất lượng cao về sự sắp xếp nguyên tử của hạt nano”.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh các thuật toán máy tính ban đầu được thiết kế cho các nghiên cứu sinh học để kết hợp nhiều hình ảnh 2D thành hình ảnh 3D có độ phân giải nguyên tử.
Thành tựu được cải thiện dựa trên một kỹ thuật được báo cáo lần đầu tiên vào năm 2015 đánh dấu một cột mốc quan trọng đối với các nhà nghiên cứu. “Với 3D SINGLE, chúng tôi có thể xác định tại sao các hạt nano nhỏ như vậy là chất xúc tác hiệu quả hơn so với các hạt lớn hơn trong pin nhiên liệu và phương tiện hydro,” Ercius nói.
Tinh chỉnh từ tính xoay cho các thiết bị bộ nhớ nhỏ hơn, nhanh hơn
Không giống như các vật liệu từ tính được sử dụng để chế tạo một thiết bị bộ nhớ thông thường, antiferromagnets sẽ không dính vào tủ lạnh của bạn. Đó là bởi vì các spin từ trong antiferromagnets được xếp đối nghịch nhau và triệt tiêu lẫn nhau.
Các nhà khoa học từ lâu đã đưa ra giả thuyết rằng thuốc chống nấm có tiềm năng là nguyên liệu cho những ký ức ổn định cực nhanh. Nhưng không ai có thể tìm ra cách điều khiển từ hóa của chúng để đọc và ghi thông tin trong một thiết bị bộ nhớ.
Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Berkeley và UC Berkeley làm việc tại Trung tâm Con đường Tiểu thuyết về Sự kết hợp lượng tử trong Vật liệu, Trung tâm Nghiên cứu Biên giới Năng lượng do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tài trợ đã phát triển một công tắc chống từ tính cho bộ nhớ máy tính và xử lý các ứng dụng. Phát hiện của họ được công bố trên tạp chí Nature Vật liệu có ý nghĩa đối với các thiết bị điện toán thu nhỏ và thiết bị điện tử cá nhân mà không làm giảm hiệu suất.
Sử dụng một thiết bị chùm ion tập trung tại Nhà máy phân tử của Phòng thí nghiệm Berkeley, các nhà khoa học – dẫn đầu bởi James Analytis, một nhà khoa học thuộc Khoa Khoa học Vật liệu của Phòng thí nghiệm Berkeley và phó giáo sư và Chủ tịch Vật lý ngưng tụ của Kittel tại UC Berkeley – đã chế tạo thiết bị từ nguyên tử tấm niobi disulfide mỏng, một dichalcogenide kim loại chuyển tiếp (TMD). Để tạo thành một TMD chống từ, họ đã tổng hợp các lớp nguyên tử sắt giữa mỗi tấm disulfua niobi.
Các đồng tác giả nghiên cứu Nityan Nair và Eran Maniv đã phát hiện ra rằng việc sử dụng các xung dòng điện nhỏ làm quay các spin của antiferromagnet, từ đó chuyển đổi điện trở của vật liệu từ cao xuống thấp.
Thật ngạc nhiên, họ cũng phát hiện ra rằng những spin từ tính này có thể được lật hoặc điều khiển bằng dòng điện áp dụng nhỏ, nhỏ hơn khoảng 100 lần so với những vật liệu được sử dụng trong bất kỳ vật liệu nào khác có phản ứng tương tự.
Các nhà nghiên cứu kế hoạch thử nghiệm các TMD chống từ khác nhau với hy vọng xác định một hệ thống hoạt động ở nhiệt độ phòng và do đó phát triển thêm lĩnh vực điện tử dựa trên spin hoặc điện tử học, trong đó thông tin được vận chuyển bằng spin từ của electron.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm quốc gia DOE / Lawrence Berkeley . Bản gốc được viết bởi Theresa Duque. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :