Đột phá trong vật liệu lượng tử từ giúp tiến gần hơn tới máy tính siêu nhanh, bền vững
Khám phá ra các vật liệu lượng tử mới với những đặc tính từ có thể giúp tiến tới những máy tính, thiết bị di động hiệu quả hơn về năng lượng nhưng vẫn có tốc độ vận hành siêu nhanh và có giá cả phải chăng. Tuy nhiên những dạng vật liệu này chỉ hoạt động trong những điều kiện nhiệt độ cực thấp.
Hiện tại, một nhóm nghiên cứu ở ĐH Công nghệ Chalmers, Thụy Điển là nhóm đầu tiên trên thế giới công bố một thiết bị được làm từ vật liệu lượng tử từ hai chiều có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng.
Ngày nay, sự mở rộng của các thiết bị IT đang làm tăng lượng dữ liệu số, vì vậy cần phải được lưu trữ, xử lý và truyền thông. Điều này khiến làm gia tăng năng lượng – dự đoán tổng lượng năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới sẽ tăng lên hơn 30% vào năm 2050. Để góp phần giải quyết vấn đề này, cộng đồng nghiên cứu đã cùng đi tìm một mô thức mới trong khoa học vật liệu. Nghiên cứu và phát triển về vật liệu lượng tử hai chiều, hình thành các tấm có độ dày vài nguyên tử, đã mở cánh cửa mới cho việc lưu trữ và xử lý dữ liệu trong các máy tính và thiết bị di động hiệu quả về năng lượng hơn, bền vững hơn.
Vật liệu có độ dày ở mức độ nguyên tử đầu tiên được thực hiện trong một phòng thí nghiệm là graphene, một tấm lát có độ dày vài phần tử của chì (graphite) là kết quả của giải Nobel vật lý năm 2010. Và năm 2017, vật liệu hai chiều với đặc tính từ đã được khám phá lần đầu tiên. Từ đóng một vai trò cơ bản trong đời sống hằng ngày của chúng ta, từ các cảm biến trong ô tô, các ứng dụng gia đình cho lưu trữ dữ liệu máy tính và các công nghệ ghi nhớ. Khám phá này mở ra những giải pháp mới và bền vững hơn cho một phạm vi rộng lớn các thiết bị công nghệ.
“Vật liệu từ hai chiều bền vững hơn bởi vì chúng có độ dày cỡ nguyên tử và có những đặc tính từ độc đáo khiến chúng được coi là có thể phát triển những ứng dụng hiệu quả về năng lượng mới và siêu nhanh cho các cảm biến và bộ nhớ từ tiên tiến, các khái niệm tính toán… Điều này khiến chúng trở thành những ứng cử viên hứa hẹn cho một phạm vi công nghệ khác nhau”, một giáo sư vật lý thiết bị lượng tử Saroj Dash tại ĐH Công nghệ Chalmers.
Cho đến nay, các nhà nghiên cứu chỉ có thể chứng minh được vật liệu từ hai chiều trong những nhiệt độ cực thấp ở môi trường phòng thí nghiệm, hay còn gọi là mức nhiệt độ cryo, khiến cho việc sử dụng chúng trong đời sống bị giới hạn. Hiện tại một nhóm các nhà nghiên cứu ở ĐH Công nghệ Chalmers đã có thể làm được điều này, lần đầu tiên, một thiết bị được làm từ vật liệu từ hai chiều mới ở nhiệt độ phòng. Họ sử dụng một hợp kim chứa sắt (Fe5GeTe2) với graphene có thể được sử dụng như một nguồn và máy dò cho các electron phân cực spin. Và đột phá này hiện được tin là có thể dùng cho một phạm vi rộng các ứng dụng công nghệ trong nhiều ngành công nghiệp cũng như đời sống hằng ngày của chúng ta.
“Các vật liệu từ 2D có thể được sử dụng để phát triển các thieeys bị nhớ hiệu quả về năng lượng, tốc độ siêu nhanh và siêu compact trong các máy tính. Có thể dùng chúng để phát triển các cảm biến từ siêu nhạy cho nhiều ứng dụng, bao gồm y sinh, giám sát môi trường, định vị, truyền thông”, theo Bing Zhao, một postdoc Vật lý thiết bị lượng tử và là tác giả đầu của công bố trên Advanced Materials 1.
Các thiết bị logic điện tử thông thường được làm từ các vật liệu bán dẫn phi từ và sử dụng dòng điện tích để xử lý thông tin và truyền thông. Các thiết bị spintronic, mặt khác, lại khai thác spin của các electron để tạo và kiểm soát dòng điện tích, và để hoán chuyển các tín hiệu điện và từ. Bằng việc kết hợp xử lý, lưu trữ, cảm biến và logic bên trong một nền tảng tích hợp, spintronics có thể thực hiện được, và trong một số trường hợp có thể vượt qua cả thiết bị điện tử từ vật liệu bán dẫn, đưa ra những tiên tiến mới về quy mô sản xuất, mức năng lượng tiêu thụ và tốc độ xử lý dữ liệu.
Thanh Đức tổng hợp
Nguôn: https://phys.org/news/2023-04-breakthrough-magnetic-quantum-material-paves.html
————————————
1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209113
