Hiện tượng vật lý mới tạo đột phá lớn

Graphen là một dạng đồng hình bất thường của cacbon, gồm một lớp nguyên tử và càng ngày người ta càng phát hiện ra những tính chất mới đầy bất ngờ của vật liệu kỳ diệu đã mang lại cho hai nhà vật lý gốc Nga giải Nobel này.

Trên Tạp chí Science số mới, một nhóm các nhà khoa học Mỹ từ nhiều Viện nghiên cứu khác nhau dưới sự chủ trì của Michael Krommi, Viện Vật liệu học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence, đồng thời là giáo sư Vật lý trường Đại học California ở Berkeley đã công bố một công trình có tiếng vang lớn trong giới khoa học.

 

Họ đã tạo ra một trường giả từ tính (pseudomagnetic field) có cường độ lớn hơn nhiều so với bất cứ từ trường nào tạo ra được trong phòng thí nghiệm bằng cách kéo giãn một màng mỏng graphen.

Krommi viết: “Chúng tôi đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng khi kéo căng graphen sẽ tạo ra những bọt kích thước nano trên nền platin, trong các bọt đó các electron có tính chất giống như chúng bị tác dụng của từ trường cảm ứng trên 300 Tesla trong khi không hề có từ trường nào.

Đó là hiện tượng vật lý hoàn toàn mới, chưa từng xảy ra trong Khoa học cơ bản”. Kỷ lục hiện nay để tạo ra một từ trường vĩnh cửu trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp truyền thống là 85 Tesla, cao hơn nữa thì các thanh nam châm sẽ bị phá huỷ.

Còn trong trường hợp này, không có một từ trường nào nhưng các electron vẫn “cư xử” giống như khi đặt chúng vào một từ trường với mật độ từ thông cực kỳ lớn là hàng trăm Tesla, nghĩa là lớn hơn từ trường của Trái đất hàng chục triệu lần.

Chính ý tưởng tạo ra một trường giả từ tính bằng cách làm biến dạng graphen đã được các nhà vật lý lý thuyết đề cập đến cách đây không lâu, ví dụ vào đầu năm 2010, nhà vật lý Tây Ban Nha Francisco Guinea, Viện vật liệu học Madrid đã tiên đoán là khi kéo giãn graphen theo ba hướng của tinh thể thì các electron trong đó sẽ “ứng xử” như khi được đặt trong một từ trường cực mạnh. Nguyên nhân của hiện tượng này là độ dài liên kết giữa các nguyên tử bị thay đổi, do vậy giữa chúng các electron tự do có thể chuyển động dễ dàng.

Guinea cũng là một trong những tác giả của công trình nghiên cứu lần này.

Trong vật lý cổ điển, các electron chuyển động trong từ trường theo những quỹ đạo xiclotron (cyclotron orbit). Còn trong cơ học lượng tử, các quỹ đạo xiclotron được lượng tử hoá phân chia ra theo những mức năng lượng phân tán (discrete energy level) gọi là các mức năng lượng Landau.

Số lượng các electron ở các mức phụ thuộc vào cường độ của từ trường - từ trường càng mạnh thì các electron “len lỏi vào” càng nhiều và các electron ở mỗi mức cũng càng nhiều. Chính điều này cũng hình thành khi graphen biến dạng mà không có một từ trường nào.

Hiện tượng kỳ lạ này được phát hiện gần như tình cờ khi nghiên cứu lớp graphen trên đế platin nhờ kính hiển vi đường hầm quét. Sau khi phát hiện ra hiện tượng bất thường của dòng điện trong graphen, Krommi đã chứng minh lý thuyết của họ là một vấn đề khác hoàn toàn với lý thuyết của Antonio Castro-Neto, trường Đại học Boston.

Kính hiển vi cũng cho thấy, sự xuất hiện những bọt nano (nanobubble) trên bề mặt graphen - sự biến dạng hình tam giác có dạng những hình chóp kim tự tháp, chiều dài từ 4 đến 10 nanomet. Sự phá huỷ mật độ của trạng thái electron liên quan đến những bọt này. Hiệu ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng.

Công trình sẽ mở ra nhiều triển vọng rộng lớn trong khoa học và công nghệ, hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lý thuyết mới cũng như nhiều phát minh trong khoa học cơ bản - tất cả đều dựa trên các tính chất rất độc đáo của graphen.

Ngoài Krommi, Guinea và Castro-Neto, các tác giả của công trình là Niv Levi, Sara Berk, Casey Miker, Melissa Panlasigvi và Alex Zettle.

Loading...
TIN CŨ HƠN
Khi nào nên thắp sáng cây thông mùa Noel?

Khi nào nên thắp sáng cây thông mùa Noel?

Cây thông Noel có tự bao giờ? Khi nào người ta bắt đầu trang trí cây thông Noel, và khi nào thì nên dỡ bỏ? Đây là những điều không phải ai cũng biết.

Đăng ngày: 07/06/2025
Đã tìm ra cách dự đoán số trúng thưởng độc đắc?

Đã tìm ra cách dự đoán số trúng thưởng độc đắc?

Một nhà toán học Brazil tuyên bố có thể dự đoán được kết quả quay thưởng xổ số bằng cách áp dụng các công thức tính toán phức tạp và lý thuyết xác suất.

Đăng ngày: 07/06/2025
Nguồn gốc và ý nghĩa của ngày Quốc tế thiếu nhi 1/6

Nguồn gốc và ý nghĩa của ngày Quốc tế thiếu nhi 1/6

Quốc tế thiếu nhi 1/6 được biết đến là ngày Tết dành cho trẻ em. Đây là dịp để trẻ được vui chơi, nhận những món quà ý nghĩa từ người thân.

Đăng ngày: 05/06/2025
Những điều kỳ diệu về cơ thể con người

Những điều kỳ diệu về cơ thể con người

Con người với khoảng 50 nghìn tỷ tế bào là một sinh vật sống cực kỳ phức tạp, chứa đựng nhiều điều bí ẩn chưa được khám phá.

Đăng ngày: 05/06/2025
Sự thật thú vị về ngày lễ Tạ ơn

Sự thật thú vị về ngày lễ Tạ ơn

Bạn có biết, Lễ Tạ Ơn đầu tiên trên thế giới được kéo dài tới 3 ngày, khoảng 280 triệu con gà tây được tiêu thụ trong ngày Lễ Tạ Ơn...?

Đăng ngày: 05/06/2025
Nguồn gốc các màu đỏ, vàng, xanh trên đèn giao thông

Nguồn gốc các màu đỏ, vàng, xanh trên đèn giao thông

"Đèn đỏ phải dừng lại, đèn xanh được đi" là luật giao thông phổ biến khắp nơi trên thế giới. Nhưng ít ai biết rằng trong quá khứ không phải là xanh là đi, đỏ là dừng và vàng là đi chậm.

Đăng ngày: 05/06/2025
Những

Những "vương quốc nhỏ" trong lâu đài đất ở Trung Quốc

Công trình này được xây dựng hoàn toàn bằng đất nhưng lại có thể phòng chống dã thú và phòng chống được hỏa hoạn qua hàng trăm năm.

Đăng ngày: 04/06/2025
Tiêu điểm
Khoa Học News