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.

TIN CŨ HƠN
Các nhà khoa học phát hiện LUCA, sinh vật đơn bào được cho là thủy tổ của sự sống

Các nhà khoa học phát hiện LUCA, sinh vật đơn bào được cho là thủy tổ của sự sống

Tổ tiên chung phổ quát cuối cùng là một tế bào sống cách đây 4,2 tỷ năm, khi Trái đất có những đại dương nóng và rất ít oxy.

Đăng ngày: 28/08/2025
Những điều bí ẩn trong rừng Amazon khiến bạn

Những điều bí ẩn trong rừng Amazon khiến bạn "hết hồn"

Khu rừng già Amazon rộng lớn luôn ẩn chứa những điều bí ẩn chưa được khám phá, khiến chuyến đi vào rừng đầy rẫy hiểm nguy nhưng không kém phần thú vị và kích thích trí tò mò.

Đăng ngày: 28/08/2025
Đất nước duy nhất chưa từng có bóng dáng loài rắn từ thuở sơ khai

Đất nước duy nhất chưa từng có bóng dáng loài rắn từ thuở sơ khai

Bạn biết không, rắn là một trong những loài có độ phân bổ sinh học tương đối rộng. Chỉ cần có điều kiện phù hợp, rắn chắc chắn sẽ xuất hiện.

Đăng ngày: 27/08/2025
Cặp chị em song sinh độc nhất vô nhị

Cặp chị em song sinh độc nhất vô nhị

Cặp chị em sinh đôi người Mỹ Sienna và Sierra Bernal được đánh giá là độc nhất vô nhị khi một trong số họ chỉ có kích thước cơ thể bằng một nửa người còn lại.

Đăng ngày: 27/08/2025
Nguồn gốc của oxy trên Trái Đất

Nguồn gốc của oxy trên Trái Đất

Hàng tỷ năm trước, thạch anh vỡ vụn phản ứng với nước, cung cấp điều kiện cần thiết cho tiến hóa của vi sinh vật quang hợp sản sinh phần lớn oxy trong khí quyển ngày nay.

Đăng ngày: 27/08/2025
Ánh sáng dạng hạt hay dạng sóng?

Ánh sáng dạng hạt hay dạng sóng?

Một thí nghiệm mới đây (2/11) của các nhà khoa học tại Đại học Bristol của Anh, lần đầu tiên cho thấy, ánh sáng ở dạng hạt và sóng đồng thời cùng một lúc, có thể giải mã bí ẩn bản chất thật sự của ánh sáng và toàn bộ thế giới lượng tử.

Đăng ngày: 26/08/2025
Bộ tộc khỏa thân và tục lệ ăn thịt người, dùng sọ làm cốc

Bộ tộc khỏa thân và tục lệ ăn thịt người, dùng sọ làm cốc

Bộ tộc Aghori này thường khỏa thân, dùng sọ người làm cốc, cắn đứt đầu các động vật sống và ngồi thiền trên xác chết.

Đăng ngày: 24/08/2025
Khoa Học News