Nam châm mỏng nhất thế giới dày bằng một nguyên tử

Sự ra đời của nam châm siêu mỏng hoạt động ở nhiệt độ phòng có thể dẫn tới nhiều bước tiến lớn trong lĩnh vực vi tính và vật lý lượng tử.

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. Sử dụng kỹ thuật có thể dễ dàng mở rộng quy mô, 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.

Minh họa lớp nguyên tử oxit thiếc xen kẽ nguyên tử coban. (Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley).

Độ dày của nam châm chỉ bằng khoảng một phần triệu một tờ giấy nhưng 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 vật liệu Jie Yao ở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và cộng sự công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications.

Rui Chen, đồng nghiệp của Yao, nhận xét phát hiện rất thú vị bởi cơ chế mới giúp tạo ra vật liệu từ 2D. Những bộ nhớ hiện nay thường sử dụng phim từ tương đối mỏng nhưng xét ở cấp nguyên tử, chúng vẫn có ba chiều (3D) với độ dày bằng hàng trăm tới hàng nghìn nguyên tử. Nam châm hai chiều (2D) mỏng và nhỏ hơn rất hấp dẫn với giới nghiên cứu bởi chúng có tiềm năng lưu trữ dữ liệu ở mật độ cao hơn nhiều, đòi hỏi ít không gian hơn để chứa cùng lượng thông tin.

Dù vật liệu từ 2D có nhiều hứa hẹn, những nam châm như vậy 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. "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", Yao giải thích. "Về mặt lý thuyết, chúng tôi biết nam châm càng nhỏ, mật độ dữ liệu tiềm năng 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.

• Nam châm siêu dẫn mạnh nhất thế giới, kích cỡ tương đương với cuộn giấy vệ sinh
• Công ty Mỹ cho đặt trước môtô bay tốc độ 240km/h
• Trung Quốc ra mắt hệ thống giao thông đệm từ trường tốc độ 600km/h