Các nhà khoa học Mỹ đang nghiên cứu và chế tạo ra loại nam châm 2D mỏng nhất trên thế giới. Nhưng nhưng vẫn đang phải giải quyết một trong những thiếu sót của nam châm 2D. Loại nam châm này đã có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng nhưng không ổn định từ tính. Nhưng mới đây, nhóm các nhà khoa học Mỹ đã tìm ra một hướng đi đầy hứa hẹn. Đây được coi là bước đột phá, cho chúng ta cái nhìn mới về tương lai trong lĩnh vực máy tính và điện tử. Loại nam châm 2D mới này chỉ dày bằng một nguyên tử và không giống như các vật liệu tương tự được phát triển trước đây.
Các nhà khoa học Mỹ chế tạo thành công nam châm 2D
Thiết kế nam châm mới là sản phẩm của các chuyên gia đến từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học California, Berkeley. Loại nam châm này bao gồm một lớp nguyên tử oxit thiếc xen kẽ với các nguyên tử coban. Nhóm nghiên cứu sử dụng một cơ chế khác biệt để tạo ra nam châm 2D, các nguyên tử tự do trong oxit thiếc sẽ bảo lưu từ tính của coban.
Độ dày của nam châm 2D chỉ bằng khoảng một phần triệu một tờ giấy. Nhưng nó vẫn linh hoạt và có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng. Nhờ đó, thiết kế nam châm siêu mỏng có thể ứng dụng trong lưu trữ dữ liệu điện tử học spin, trong đó thông tin được mã hóa bằng spin của điện tử thay vì điện tích. Nhà khoa học Jie Yao và cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications.
Các nhà khoa học đã tìm ra hướng đi đầy hứa hẹn
Thông qua các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu nhận thấy, từ tính có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi lượng coban trong vật liệu. Nồng độ 5 hoặc 6% nguyên tử coban sẽ tạo ra một nam châm tương đối yếu. Trong khi đó, nồng độ 12% sẽ tạo ra một nam châm rất mạnh. Tuy nhiên, ở 15%, các trạng thái từ trường sẽ xung đột. Nhóm nghiên cứu nhận thấy, khác với các nam châm 2D trước đó. Vật liệu này vẫn giữ được đặc tính từ tính ở nhiệt độ phòng và cả ở 100 độ C.
Tác giả nghiên cứu Rui Chen cho biết “Hệ thống từ tính 2D của chúng tôi cho thấy một cơ chế khác so với các nam châm 2D trước đây. Chúng tôi nghĩ rằng, cơ chế độc đáo này là do các điện tử tự do trong oxit kẽm”.
Tác giả Jie Yao giải thích: “Các nam châm 2D tân tiến cần nhiệt độ rất thấp để hoạt động. Nhưng vì những lý do thực tế, một trung tâm dữ liệu cần phải chạy ở nhiệt độ phòng. Nam châm 2D của chúng tôi không chỉ là nam châm đầu tiên hoạt động ở nhiệt độ phòng trở lên, mà còn là nam châm đầu tiên đạt đến giới hạn 2D thực sự. Nó mỏng như một nguyên tử!”.
Nam châm 2D chỉ dày bằng một nguyên tử cho chúng ta cái nhìn mới về tương lai
Những bộ nhớ hiện nay thường sử dụng phim từ tương đối mỏng. Nhưng xét ở cấp nguyên tử, chúng vẫn có ba chiều với độ dày gấp hàng trăm tới hàng nghìn. Nam châm hai chiều (2D) mỏng và nhỏ hơn rất thu hút với giới nghiên cứu. Chúng có tiềm năng lưu trữ dữ liệu ở ít không gian hơn để chứa cùng lượng thông tin.
Dù vật liệu từ 2D có nhiều hứa hẹn, nhưng thường chỉ hoạt động trong điều kiện giới hạn. Trở nên kém ổn định về mặt hóa chất và không thể dùng ở gần nhiệt độ phòng. Yao giải thích:”Các nam châm 2D hiện nay cần nhiệt độ rất thấp để hoạt động. Nhưng do nhiều lý do thực tế, trung tâm dữ liệu cần vận hành ở nhiệt độ phòng”. “Về mặt lý thuyết, chúng tôi biết nam châm càng nhỏ, mật độ dữ liệu của đĩa càng lớn. Sản phẩm của chúng tôi không chỉ là nam châm 2D đầu tiên hoạt động ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn, mà còn là nam châm đầu tiên đạt giới hạn 2D đích thực với độ mỏng bằng một nguyên tử”.
Theo Chen, cơ chế phía sau từ tính của vật liệu mà họ gọi là nam châm oxit thiếc van der Waals nằm ở quá trình electron tự do từ oxit thiếc (không có từ tính) đóng vai trò như vật trung gian, đảm bảo nguyên tử coban ở lớp nguyên tử quay đúng hướng, nhờ đó duy trì từ tính.