Nhiều triệu bóng bán dẫn nằm trên bề mặt của mọi mạch tích hợp hiện đại hay còn gọi là vi mạch, bản thân nó được sản xuất với số lượng đáng kinh ngạc - khoảng 1 nghìn tỷ chỉ riêng vào năm 2020 - từ loại vật liệu bán dẫn được yêu thích trong ngành: silicon. Bằng cách điều chỉnh dòng điện trong một vi mạch, bóng bán dẫn nhỏ bé hoạt động hiệu quả như một công tắc bật-tắt kích thước nano, thiết bị cần thiết để ghi, đọc và lưu trữ dữ liệu như các bước 1 và 0 của công nghệ kỹ thuật số.

Nhưng các vi mạch dựa trên silicon đã gần đạt đến giới hạn thực tế của chúng. Những giới hạn đó buộc ngành công nghiệp bán dẫn phải xem xét và tài trợ cho mọi sự thay thế đầy hứa hẹn có thể có.

Mạch tích hợp truyền thống đang đối mặt với một số vấn đề nghiêm trọng. Có một giới hạn về việc nó có thể nhỏ hơn bao nhiêu, về cơ bản, phạm vi mà chúng ta đang nói đến rộng khoảng 25 nguyên tử silicon trở xuống. Và nhiệt được tạo ra trên mọi thiết bị của mạch tích hợp, từ đó làm tiêu tốn đáng kể năng lượng.

Tình trạng khó khăn đó xuất hiện ngay cả khi nhu cầu về bộ nhớ kỹ thuật số và năng lượng cần thiết để đáp ứng nó, đã tăng vọt trong bối cảnh máy tính, máy chủ và internet được sử dụng rộng rãi. Việc thông minh hóa TV, xe cộ và các công nghệ khác có hỗ trợ vi mạch chỉ làm tăng nhu cầu này.

Chúng ta cần một cái gì đó có thể thu nhỏ lại nếu có thể. Nhưng trên hết, cần có một cái gì đó hoạt động khác với bóng bán dẫn silicon, để có thể giảm mức tiêu thụ điện năng xuống rất nhiều.

Thay vì phụ thuộc vào điện tích làm cơ sở của phương pháp tiếp cận cũ, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang một thuộc tính liên quan đến từ tính của các electron hướng lên hoặc hướng xuống và có thể đọc được, giống như điện tích có thể, là 1 hoặc 0. Nhóm nghiên cứu biết rằng các electron chạy qua graphene, một vật liệu siêu bền chỉ dày một nguyên tử, có thể duy trì các hướng spin ban đầu của chúng trong khoảng tương đối dài - một đặc tính hấp dẫn để chứng minh tiềm năng của một bóng bán dẫn dựa trên spintronic. Trên thực tế, việc kiểm soát hướng của các vòng quay đó, sử dụng ít năng lượng hơn đáng kể so với bóng bán dẫn thông thường, là một viễn cảnh thách thức hơn nhiều.

Để làm được điều đó, các nhà nghiên cứu cần phải phủ graphene bằng vật liệu phù hợp. May mắn thay, các nhà khoa học đã dành nhiều năm để nghiên cứu và sửa đổi một loại vật liệu như vậy: oxit crom. Điều quan trọng, oxit crom có tính điện từ, có nghĩa là spin của các nguyên tử trên bề mặt của nó có thể bị lật từ trên xuống hoặc ngược lại, bằng cách đặt một lượng nhỏ điện áp tức thời.

Khi đặt điện áp dương, spin của oxit crom bên dưới hướng lên, cuối cùng buộc hướng spin của dòng điện trong graphene lệch sang trái và mang lại tín hiệu có thể phát hiện được trong quá trình này. Ngược lại, điện áp âm làm lật các spin của oxit crom xuống, với hướng spin của dòng điện trong graphene chuyển sang phải và tạo ra một tín hiệu có thể phân biệt rõ ràng với tín hiệu khác. Chi tiết tham khảo tại:

Keke He, Bilal Barut, Shenchu Yin, Michael D. Randle, Ripudaman Dixit, Nargess Arabchigavkani, Jubin Nathawat, Ather Mahmood, Will Echtenkamp, Christian Binek, Peter A. Dowben, Jonathan P. Bird. Graphene on Chromia: A System for Beyond‐Room‐Temperature Spintronics. Advanced Materials, 2022; 34 (12): 2105023 DOI: 10.1002/adma.202105023.

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn