Các nhà vật lý tại Đại học Basel lần đầu tiên cho thấy các electron trong graphene có thể chuyển động theo đường đi dựng sẵn. Sự chuyển động này tuyệt đối không gây ra bất kỳ tổn thất nào và có thể cung cấp cơ sở cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện tử. Các kết quả nghiên cứu này của nhóm nghiên cứu đứng đầu là giáo sư Christian Schönenberger tại Khoa Vật lý, Viện khoa học nano Thụy Sĩ, trường Đại học Basel và các đồng nghiệp châu Âu đã được công bố trên tạp chí khoa học lừng danh Nature Communications.

 Nguyên lý thực nghiệm: Lưới tổ ong cung cấp một lớp graphene nguyên tử được mở rộng giữa hai tiếp xúc điện (bạc). Vùng thấp hơn chứa hai điện cực kiểm soát (vàng), được sử dụng để tạo ra một điện trường. Một từ trường cũng được đưa vào theo chiều dọc đối với mức graphene. Sự kết hợp một điện trường và một từ trường có nghĩa là để các electron chuyển động theo một trạng thái uốn khúc.

 Trong suốt vài năm qua, nhóm nghiên cứu do Christian Schönenberger dẫn đầu đã nỗ lực nghiên cứu graphene, một loại “vật liệu kỳ diệu”. Từ đó, họ đã phát triển được các phương pháp cho phép họ có thể căng duỗi, kiểm tra và thao tác các lớp graphene tinh khiết. Trong quá trình nghiên cứu, họ khám phá ra các electron có thể chuyển động không bị nhiễu loạn trong graphene tinh khiết - tương tự các tia  ánh sáng. Để “đưa” các electron từ một nơi cụ thể sang nơi khác, họ “lập sơ đồ” định hướng các electron theo một đường định sẵn trong vật liệu.

 Kết hợp từ trường và điện trường

Các nhà khoa học Đại học Basel lần đầu tiên thành công trong việc chuyển mạch đóng-mở và dẫn hướng các electron mà không gây ra bất kỳ tổn thất nào. Cơ chế được áp dụng dựa trên đặc tính chỉ có trong graphene. Việc kết hợp một điện trường và một từ trường nghĩa là để các electron chuyển động theo một trạng thái uốn khúc. Đường này uốn cong về bên phải, sau đó uống cong về bên trái. Sự chuyển đổi đột ngột này là do dãy khối lượng cực âm và cực dương - một hiện tượng mà chỉ có thể  thấy rõ trong graphene và có thể được sử dụng như một bộ chuyển mạch mới.

 Một công tắc nano loại này trong graphene có thể đưa vào nhiều loại thiết bị hiện đại và vận hành đơn giản bằng cách điều chỉnh từ trường hoặc điện trường”, Giáo sư Christian Schönenberger cho biết.

 Vật liệu có các đặc tính đặc biệt

Graphene là một vật liệu rất đặc biệt với các đặc tính đầy hứa hẹn. Nó được tạo ra từ một lớp nguyên tử cacbon với đặc tính cơ học siêu cứng và siêu bền. Đặc biệt, khả năng dẫn điện tuyệt vời của nó giúp cho graphene trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhóm nghiên cứu khoa học toàn thế giới.

 Trong suốt nhiều thập kỷ qua, các đặc tính của vật liệu này được nghiên cứu về mặt lý thuyết. Tuy nhiên, phải đến năm 2004, nhà vật lý Andre Geim và Kostya Novoselov mới chế tạo thành công vật liệu graphene cho các cuộc kiểm tra thực nghiệm. Hai nhà vật lý đã sử dụng cuộn băng dính thông thường để bóc tách các lớp graphene hai chiều riêng lẻ từ vật liệu gốc-than chì (graphite). Điều này đã giúp cho họ vinh dự nhận được giải thưởng Nobel Vật lý vào năm 2010. Từ đó, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã hoàn thiện được chu trình sản xuất chế tạo graphene với những thành công rất lớn. 

Nguồn: NASATI, ngày 16/3/2015