Điện trường xoáy báo hiệu tiềm năng mạnh mẽ cho máy tính lượng tử

HỒNG KÔNG – Các nhà nghiên cứu từ Đại học Thành phố Hồng Kông (CityUHK – City University of Hong Kong) đã quan sát một điện trường xoáy mới, có tiềm năng cải thiện các thiết bị điện tử, từ tính và quang học trong tương lai. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science, có thể nâng cấp hoạt động của nhiều thiết bị bằng cách tăng cường bộ nhớ và tốc độ tính toán. Với các nghiên cứu sâu hơn, việc phát hiện điện trường xoáy có thể tác động đến các lĩnh vực điện toán lượng tử, điện tử học spin (spintronics) và công nghệ nano.
(1) Điện tử học spin: là một ngành đa lĩnh vực mà mục tiêu chính là thao tác và điều khiển các bậc tự do của spin trong các hệ chất rắn. Spintronics là một ngành nghiên cứu mới nhằm tạo ra các linh kiện mới dựa trên việc điều khiển và thao tác spin của điện tử.

Giáo sư Lý Thục Huệ tại đại học CityUHK đã nói rằng: “Việc tạo ra điện trường xoáy trước đây yêu cầu các kỹ thuật lắng đọng màng mỏng với chi phí cao và các quy trình phức tạp. Tuy nhiên, nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh rằng một sự xoắn đơn giản trong vật liệu 2D hai lớp có thể dễ dàng tạo ra điện trường xoáy này.”

Để đạt được bề mặt sạch, các nhà nghiên cứu thường tổng hợp trực tiếp các lớp kép. Tuy nhiên, rất khó để duy trì sự tự do trong các góc xoắn, đặc biệt là đối với các góc xoắn thấp. Nhóm của Giáo sư Lý đã phát triển kỹ thuật truyền có sự hỗ trợ của băng (nước đá), đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được bề mặt sạch giữa các lớp kép, cho phép họ thao tác và tạo ra các lớp kép xoắn một cách tự do.

Không giống như các nghiên cứu trước đây tập trung vào các góc xoắn nhỏ hơn 3 độ, kỹ thuật của nhóm nghiên cứu cho phép họ tạo ra một phổ rộng các góc xoắn từ 0 đến 60 độ, bằng cách tận dụng cả tổng hợp và xếp chồng nhân tạo thông qua kỹ thuật truyền có sự hỗ trợ của băng. Việc phát hiện ra điện trường xoáy mới trong lớp kép xoắn đã tạo ra một bán tinh thể 2D, có khả năng cải thiện các thiết bị điện tử, từ tính và quang học trong tương lai. Bán tinh thể là những cấu trúc có trật tự không đều, do độ dẫn nhiệt và dẫn điện thấp, khiến chúng phù hợp với lớp phủ bề mặt có độ bền cao như trong chảo rán.

Theo Giáo sư Lý, những cấu trúc này có nhiều ứng dụng vì điện trường xoáy tạo ra khác nhau tùy thuộc vào góc xoắn. ​​Các bán tinh thể có thể tạo ra hiệu ứng bộ nhớ ổn định hơn cho các thiết bị điện, khả năng di chuyển và tốc độ cực nhanh để tính toán, chuyển mạch phân cực không tiêu tán, hiệu ứng quang học phân cực mới và những tiến bộ trong lĩnh vực điện tử học spin.

Các nhà nghiên cứu đã vượt qua nhiều trở ngại trên con đường thực hiện các quan sát mới; đầu tiên là thiết lập một bề mặt sạch giữa các lớp kép. Điều này dẫn đến việc khám phá ra một kỹ thuật mới sử dụng nước đá làm vật liệu truyền. Bằng cách tổng hợp và truyền vật liệu 2D bằng một lớp nước đá mỏng, các nhà nghiên cứu đã đạt được các bề mặt sạch dễ thao tác. So với các kỹ thuật khác, kỹ thuật truyền có sự hỗ trợ của băng hiệu quả hơn và ít tốn thời gian hơn.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã vượt qua thách thức trong việc phân tích vật liệu. Phát hiện này được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử truyền dẫn bốn chiều (4D-TEM) và thông qua sự hợp tác với các nhà nghiên cứu khác. Một trong các giai đoạn thử nghiệm, cấu trúc hai lớp xoắn 2D đã được tạo ra và điện trường xoáy.

Giáo sư Lý đã nói rằng: “Nghiên cứu này có tiềm năng mở ra một lĩnh vực mới tập trung vào các trường xoáy xoắn trong công nghệ nano và công nghệ lượng tử”.

Để xem các tin bài khác về “Điện trường xoáy”, hãy nhấn vào đây.

Nguồn: Electronics Online