Chip: màng siêu mỏng vẫn giữ tính chất từ
· Ban biên tập BehindLines
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Brown ở Mỹ cho biết họ đã gỡ bỏ một trở ngại lớn trong việc chế tạo chip tiêu thụ rất ít năng lượng. Theo bài viết của ScienceDaily, đăng lại một thông cáo của Brown, kỹ thuật của họ cho phép tạo ra các màng bismuth ferrite chỉ dày vài angstrom mà không mất đi các tính chất điện và từ thiết yếu.
Vấn đề "lớp chết"
Vật liệu đa sắt kết hợp các tính chất điện và từ có thể được điều khiển đồng thời bằng điện áp rất thấp. Theo bài viết, chúng có thể giúp thiết bị điện tử tương lai tiết kiệm năng lượng hơn nhiều, kể cả trước nhu cầu ngày càng tăng của trí tuệ nhân tạo, nhờ được dùng để chế tạo các linh kiện bộ nhớ và logic.
Trở ngại chính là như sau: khi làm mỏng các vật liệu này đến mức đủ để đặt vào những thiết bị như vậy, chúng thường mất đi hành vi điện và từ làm nên giá trị của chúng. Các nhà khoa học gọi đó là hiệu ứng "lớp chết". Theo bài viết, có hai hiện tượng gây ra điều này: cấu trúc nguyên tử bị biến dạng, và các điện trường bên trong làm nhiễu sự phân cực đến mức nó không thể duy trì được nữa.
Một cấu trúc nhiều lớp
Nhóm nghiên cứu, do Lucas Caretta, phó giáo sư kỹ thuật tại Brown, dẫn đầu, đã phủ bismuth ferrite lên một đế dysprosium scandate, một hợp chất đất hiếm. Đế này có cấu trúc tinh thể với kích thước nhỏ hơn đôi chút, khiến bismuth ferrite bị nén lại và giúp bảo toàn cấu trúc nguyên tử của nó. Một lớp kim loại thứ hai cân bằng lại các điện trường không mong muốn.
"Chúng tôi đã xác lập được rằng có thể loại bỏ lớp chết. Có thể làm cho vật liệu này mỏng gần như tùy ý, xuống đến vài angstrom, mà nó vẫn có tính sắt điện và từ tính", Lucas Caretta nói, theo bài viết. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature Materials.
Một dạng từ tính bất ngờ
Theo bài viết, quy trình này còn làm xuất hiện tính phản sắt từ xen kẽ (altermagnetism), một trạng thái kết hợp những ưu điểm của sắt từ và phản sắt từ. Theo Lucas Caretta, các vật liệu sắt từ tương đối chậm và từ trường rò của chúng khiến khó xếp sát nhau trên chip, trong khi các vật liệu phản sắt từ nhanh hơn nhưng tín hiệu khó phát hiện hơn nhiều; các vật liệu altermagnet có thể nhanh, gọn và cho tín hiệu điện đọc ra mạnh.
Phần tóm tắt của bài báo trên Nature Materials nói đến những "dấu hiệu" của tính altermagnetism mới xuất hiện. Với độ dày bốn ô cơ sở, phần tóm tắt mô tả một pha đơn tà cộng tuyến có trật tự altermagnetic kiểu sóng d, được hỗ trợ bởi phép đo lưỡng sắc tròn từ và quang phát xạ phân giải spin.
Vì sao điều này quan trọng
Theo Lucas Caretta, những kết quả này có thể đưa vật liệu đa sắt đến gần hơn với ứng dụng thực tế trong bộ nhớ và thiết bị tính toán công suất thấp. Tuy nhiên, bài viết nêu rõ công nghệ vẫn cần được phát triển thêm trước khi có thể tích hợp vào chip thương mại; bài viết nói thêm rằng nghiên cứu cho thấy một giới hạn lâu nay của vật liệu có thể được vượt qua. Trong các nguồn đã tham khảo, chỉ đọc được phần tóm tắt của bài báo trên Nature Materials.