
Các nhà khoa học đã kết hợp thành công hai vật liệu của tương lai, đó là một lớp bán dẫn siêu mỏng có kích thước bằng một nguyên tử và một vật liệu siêu dẫn có thể dẫn điện với điện trở bằng không. Cả hai đều có những đặc tính đáng kinh ngạc và bằng cách kết hợp chúng trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học hy vọng sẽ mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong vật lý cổ điển và vật lý lượng tử. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu rõ hơn việc liên kết này của các nhà khoa học qua bài viết dưới đây.
Mục lục
Khái niệm chất bán dẫn và chất siêu dẫn
Chất bán dẫn là chìa khóa tạo ra các thiết bị điện tử trong cuộc sống của chúng ta. Phải kể đến như tiv, điiện thoại. Khả năng dẫn điện của chúng có thể được điều chỉnh bằng nhiều cách. Đơn giản nhất là giữ chúng ở điện thế nhất định. Đem lại khả năng dễ dàng bật/tắt dòng điện đi qua. Trong thử nghiệm mới, các nhà khoa học đã trích xuất một lớp mỏng chất bán dẫn molybdenum disulfide (MoS2). Đồng thời bổ sung lớp này vào quá trình tổng hợp vật liệu.
Chất siêu dẫn là các chất có khả năng truyền điện với độ trở bằng không; không sinh nhiệt. Nhưng nó chỉ hoạt động ở điều kiện nhiệt độ rất thấp. Trong thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu sử dụng chất siêu dẫn molybdenum rhenium (MoRe). Hy vọng quan sát được một hiện tượng vật lý hoàn toàn mới khi kết hợp 2 vật liệu.
Theo lời nhà vật lý học Andreas Baumgarter tới từ Đại học Basel, thì trong chất siêu dẫn; các electron tự sắp xếp thành các cặp. Trong chất bán dẫn, các electron di chuyển một mình trên các quãng đường riêng. Tương ứng với mô-men từ của chúng. “Chúng tôi đặt câu hỏi liệu electron sẽ di chuyển ra sao khi kết hợp 2 vật liệu với nhau”.
Thử nghiệm của nhóm nghiên cứu
Nhóm nghiên cứu phát hiện hiện tượng liên kết mạch giữa hai lớp vật liệu khi nhiệt độ ở mức -273,15°C. Gần độ 0 tuyệt đối. Mehdi Ramezani, thành viên nhóm cho biết đây chính là thứ mà họ tìm kiếm. Nhưng đến giờ mới thực hiện được. Để gắn kết hai lớp vật liệu với nhau ban đầu không đơn giản. Chúng được xếp lớp như sandwich. Với lớp cách điện bên trên và dưới; với lỗ được đục ở lớp cách điện để tạo ra tiếp xúc điện cực.
Chất siêu dẫn sẽ lấp đầy lỗ này. Quá trình được thực hiện trong hộp kín khí chứa đầy ni-tơ lỏng để ngăn trường hợp thiết bị tổn thương trong quá trình thí nghiệm. Các nhà khoa học phải sử dụng tay điều khiển từ xa siêu nhỏ để hoàn thành quy trình dưới kính hiển vi.
Đây lần đầu tiên một loại vật liệu bán dẫn với điện trở bằng không được tổng hợp. Thành quả giúp các nhà khoa học tỏ ra hứng thú với tiềm năng tạo ra các loại siêu vật liệu khác nữa. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nano Letters.
Tạo tính siêu dẫn nhiệt độ cao trong vật liệu bán dẫn
Sử dụng băng dính
Một nhóm các nhà khoa học Quốc tế dưới sự chỉ đạo của các nhà Vật lý của trường Đại học Toronto đã phát triển một kỹ thuật đơn giản giúp họ lần đầu tiên tạo ra tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao trong chất bán dẫn bằng cách sử dụng băng dính. Vật liệu siêu dẫn cổ điển là những vật liệu có tính chất siêu dẫn (điện trở bằng 0) khi hạ nhiệt độ của chúng xuống rất thấp. Khoảng 30oK (-243oC).
Chất cách điện topo đã làm các nhà khoa học trên toàn thế giới phải chú ý. Vì nó có tính chất giống với các vật liệu bán dẫn ở phần lớn thể tích. Tuy nhiên nó lại có bề mặt mang các tính chất rất giống kim loại. Kết quả là lần đầu tiên trong lịch sử ngành vật lý; tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao được tạo ra trên một chất bán dẫn. Thành công này mở ra những hướng đi mới trong việc phát triển các thiết bị sử dụng trong điện toán lượng tử và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng
Nền tảng cho các thiết bị thế hệ mới
Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có tính năng ưu việt hơn khi chúng thể hiện tính chất này ở nhiệt độ lớn hơn, có thể lên tới 138 độ K (-135 đô C). Hiện nay, các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao đang được sử dụng để truyền tải điện với mức hao phí thấp và được coi là những viên gạch đặt nền tảng cho các thiết bị thế hệ mới-các máy tính lượng tử. Tuy nhiên, chỉ có một số hợp chất của sắt, đồng với ôxy cho thấy tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao.
Theo các nhà vật lý, hợp chất của ôxy và đồng không thể kết hợp được với các chất bán dẫn, do đó ứng dụng của chúng rất hạn chế. Các nhà khoa học thấy rằng hiệu ứng lân cận, hiệu ứng mà một vật liệu siêu dẫn sẽ gây ra tính siêu dẫn trên một vật liệu bán dẫn bình thường khác là rất khó xảy ra, vì cơ học lượng tử căn bản đòi hỏi các vật liệu phải tiếp xúc gần như hoàn hảo.