Mới đây, trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học tại Đại học California, Berkeley (Mỹ) thông báo rằng họ đã chế tạo thành công một loại nam châm 2D mỏng nhất thế giới. Được biết, loại nam châm này có độ dày chỉ bằng một nguyên tử và có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng và ổn định về mặt hóa học trong điều kiện môi trường xung quanh.
Nhóm nghiên cứu chế tạo chiếc nam châm tại Đại học California, Berkeley cho biết rằng chiếc nam châm này được tạo nên từ vật liệu kẽm oxit pha lẫn coban. Cường độ từ trường của nam châm phụ thuộc vào lượng coban nằm rải rác trong lớp kẽm oxit. Ở khoảng từ 5 đến 6% coban, từ tính khá yếu. Tăng gấp đôi lượng coban lên khoảng 12%, vật liệu trở nên có từ tính khá mạnh.
Tuy nhiên, điều tạo nên sự đặc biệt của chiếc nam châm này ngoài độ dày chính là về việc nó rất ổn định về mặt từ tính và hóa học không chỉ ở nhiệt độ phòng mà còn tại nhiệt độ khoảng 100°C, mặc dù kẽm oxit không phải là vật liệu sắt từ.
Độ dày của nam châm chỉ bằng khoảng một phần triệu một tờ giấy mỏng mà mắt thường vốn đã khó có thể nhận thấy sự khác biệt. Cùng với sự linh hoạt và ổn định, hoàn toàn có khả năng hoạt động ở nhiệt độ phòng, thiết kế nam châm siêu mỏng đã có thể được 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.
Ý kiến chuyên gia
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. Với sự ra đời của nam châm 2D này, ngành khoa học kĩ thuật sẽ có những bước phát triển mới vượt trội về mặt công nghệ, đặc biệt là trong việc chế tạo các thiết bị lưu trữ dữ liệu và vật lý lượng tử.
Rui Chen, đồng nghiệp của Yao cho rằng chiếc nam châm 2D này rất có tiềm năng. Bởi lẽ 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. Tuy điều đó không phải là trở ngại quá lớn hiện tại nhưng với sự phát triển của khoa học công nghệ, thế giới sẽ cần thay thế hoàn toàn những thiết bị có bất cập như vậy. Nam châm hai chiều (2D) mỏng và nhỏ hơn rất nhiều so với các thiết bị được sử dụng hiện hành. Chính vì vậy, nó có rất nhiều tiềm năng và được giới nghiên cứu mong chờ bởi tiềm năng lưu trữ dữ liệu ở mật độ cao hơn, đòi hỏi ít không gian hơn để chứa cùng lượng thông tin.
Dù vật liệu từ 2D có nhiều hứa hẹn nhưng có lí do mà từ trước đến nay vẫn ít ai tập trung nghiên cứu phát triển nó. Bởi lẽ những nam châm như vậy thường chỉ hoạt động trong điều kiện giới hạn và sẽ trở nên kém ổn định về mặt hóa chất và không thể dùng ở gần nhiệt độ phòng.
Yao giải thích: “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. 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.”
