Khi nhắc đến lực từ, có lẽ nhiều người trong chúng ta cảm thấy điều này thật kỳ lạ và mạnh mẽ. Có một điều kỳ diệu về việc nam châm có khả năng bám dính vào các bề mặt mà không cần tới bất kỳ loại keo dính nào. Đó chính là lý do tại sao những trò chơi như Etch-a-Sketch hay Operation lại thu hút biết bao thế hệ trẻ em.
Hầu hết chúng ta tiếp xúc hàng ngày với hiện tượng mang tên ferromagnetism, nơi mà các kim loại như sắt và niken được từ hóa trong một trường từ và do đó có khả năng bám dính vào một số bề mặt nhất định. Ngoài ra, còn có những vật liệu paramagnetic, chẳng hạn như nhôm, có sự hấp dẫn yếu ớt và gần như không thể nhận thấy đối với nam châm. Chúng ta cũng không thể không nhắc tới antiferromagnetism - một loại từ tính, trong đó các nguyên tử hoặc ion từ tính trong một vật liệu sẽ làm mất đi tính từ của chúng khi tiếp xúc với nhau.
Nhưng thực tế còn có một loại từ tính khác nữa, không nằm trong những loại đã nêu. Các nhà vật lý tại MIT đã kết hợp đặc tính của ferromagnetic và antiferromagnetic để tạo ra một loại từ tính mới, có khả năng cách mạng hóa các chip nhớ trong laptop và smartphone trong tương lai. Được gọi là “p-wave magnetism”, loại từ tính này sử dụng sự xoay của các nguyên tử trong vật liệu thay vì điện tích của chúng để tạo ra các thuộc tính từ.
Theo các nhà nghiên cứu đã công bố trong một nghiên cứu trên tạp chí Nature, phát hiện này mở ra những cơ hội mới để phát triển các thiết bị spintronic antiferromagnetic siêu nhanh, tiết kiệm năng lượng và có độ bền cao. Đây là một bước tiến lớn cho lĩnh vực spintronics. Dù có thể nghe giống như một DJ đang quay nhạc trên một hành tinh lạ, nhưng thực tế, đây là một ngành khoa học tập trung vào việc điều khiển sự xoay của các nguyên tử trong ferromagnetic và antiferromagnetic.
Các nguyên tử trong ferromagnet được biết đến là sẽ xoay theo cùng một hướng, và khi những nguyên tử này xoay, điện tử của chúng cũng di chuyển theo. Các điện tử này quay xung quanh hạt nhân của chúng và tạo ra các trường từ, khiến cho ferromagnet bám dính vào một số kim loại. Ngược lại, các nguyên tử lân cận trong antiferromagnet lại có sự xoay ngược chiều, dẫn đến việc các điện tử phát ra trường từ cũng xoay theo chiều ngược lại.
Mặc dù antiferromagnet không thể hiện từ tính rõ ràng, vì các sự xoay của điện tử và nguyên tử đã tự hủy nhau, nhóm MIT đã phát hiện ra cách vượt qua điều này. Họ đã tổng hợp iodid niken (NiI2) trong phòng thí nghiệm và quan sát hành vi của các điện tử trong nguyên tử của nó. Tương tự như ferromagnet, các điện tử có một hướng xoay mà chúng ưa thích, và giống như antiferromagnet, có đủ các điện tử xoay theo hướng ngược lại để cân bằng từ tính. Nhưng có một điều đặc biệt hơn nữa.
Các nguyên tử niken đã hình thành nên các mẫu xoắn ốc mà phản chiếu lẫn nhau, cho phép các nhà nghiên cứu điều khiển sự xoay của các nguyên tử này bằng điện áp. Điều này đã khiến một số nguyên tử chuyển đổi từ xoay trái sang phải, và ngược lại, biến vật liệu này thành một p-wave magnet. Và các điện tử cũng đã đổi sự xoay theo hướng của điện áp cùng với các nguyên tử.
Nhờ đó, spintronics có thể nâng cấp các chip máy tính lên một tầm cao mới. Khi dữ liệu được chuyển đổi thành dạng xoay của điện tử thay vì điện tích, điều này sẽ tạo ra không gian lưu trữ lớn hơn rất nhiều. Spintronics có khả năng tạo ra các chip có thể lưu trữ lượng thông tin vượt trội hơn rất nhiều so với những gì chúng ta đang có.
Nhà nghiên cứu cho biết: “Kết quả này đại diện cho sự quan sát đầu tiên về một nam châm không theo hướng truyền thống có thể điều chỉnh bằng điện.” Họ cũng nhấn mạnh rằng: “Những phát hiện này mở ra một biên giới mới để hiện thực hóa việc chuyển đổi điện áp bảo vệ đối xứng của phân cực spin không tương đối trong một nam châm bù trừ.”
Elizabeth Rayne, tác giả của nhiều bài viết, từng xuất hiện trên các tạp chí như Popular Mechanics, Ars Technica, SYFY WIRE và nhiều nơi khác. Hiện tại, cô sống bên ngoài thành phố New York cùng với chú vẹt Lestat. Ngoài việc viết lách, bạn có thể tìm thấy cô ấy đang vẽ tranh, chơi piano hoặc đang trong quá trình biến hóa thành một hình dạng khác.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a64991278/new-magnetism-spintronics/
Hầu hết chúng ta tiếp xúc hàng ngày với hiện tượng mang tên ferromagnetism, nơi mà các kim loại như sắt và niken được từ hóa trong một trường từ và do đó có khả năng bám dính vào một số bề mặt nhất định. Ngoài ra, còn có những vật liệu paramagnetic, chẳng hạn như nhôm, có sự hấp dẫn yếu ớt và gần như không thể nhận thấy đối với nam châm. Chúng ta cũng không thể không nhắc tới antiferromagnetism - một loại từ tính, trong đó các nguyên tử hoặc ion từ tính trong một vật liệu sẽ làm mất đi tính từ của chúng khi tiếp xúc với nhau.
Nhưng thực tế còn có một loại từ tính khác nữa, không nằm trong những loại đã nêu. Các nhà vật lý tại MIT đã kết hợp đặc tính của ferromagnetic và antiferromagnetic để tạo ra một loại từ tính mới, có khả năng cách mạng hóa các chip nhớ trong laptop và smartphone trong tương lai. Được gọi là “p-wave magnetism”, loại từ tính này sử dụng sự xoay của các nguyên tử trong vật liệu thay vì điện tích của chúng để tạo ra các thuộc tính từ.
Theo các nhà nghiên cứu đã công bố trong một nghiên cứu trên tạp chí Nature, phát hiện này mở ra những cơ hội mới để phát triển các thiết bị spintronic antiferromagnetic siêu nhanh, tiết kiệm năng lượng và có độ bền cao. Đây là một bước tiến lớn cho lĩnh vực spintronics. Dù có thể nghe giống như một DJ đang quay nhạc trên một hành tinh lạ, nhưng thực tế, đây là một ngành khoa học tập trung vào việc điều khiển sự xoay của các nguyên tử trong ferromagnetic và antiferromagnetic.
Các nguyên tử trong ferromagnet được biết đến là sẽ xoay theo cùng một hướng, và khi những nguyên tử này xoay, điện tử của chúng cũng di chuyển theo. Các điện tử này quay xung quanh hạt nhân của chúng và tạo ra các trường từ, khiến cho ferromagnet bám dính vào một số kim loại. Ngược lại, các nguyên tử lân cận trong antiferromagnet lại có sự xoay ngược chiều, dẫn đến việc các điện tử phát ra trường từ cũng xoay theo chiều ngược lại.
Mặc dù antiferromagnet không thể hiện từ tính rõ ràng, vì các sự xoay của điện tử và nguyên tử đã tự hủy nhau, nhóm MIT đã phát hiện ra cách vượt qua điều này. Họ đã tổng hợp iodid niken (NiI2) trong phòng thí nghiệm và quan sát hành vi của các điện tử trong nguyên tử của nó. Tương tự như ferromagnet, các điện tử có một hướng xoay mà chúng ưa thích, và giống như antiferromagnet, có đủ các điện tử xoay theo hướng ngược lại để cân bằng từ tính. Nhưng có một điều đặc biệt hơn nữa.
Các nguyên tử niken đã hình thành nên các mẫu xoắn ốc mà phản chiếu lẫn nhau, cho phép các nhà nghiên cứu điều khiển sự xoay của các nguyên tử này bằng điện áp. Điều này đã khiến một số nguyên tử chuyển đổi từ xoay trái sang phải, và ngược lại, biến vật liệu này thành một p-wave magnet. Và các điện tử cũng đã đổi sự xoay theo hướng của điện áp cùng với các nguyên tử.
Nhờ đó, spintronics có thể nâng cấp các chip máy tính lên một tầm cao mới. Khi dữ liệu được chuyển đổi thành dạng xoay của điện tử thay vì điện tích, điều này sẽ tạo ra không gian lưu trữ lớn hơn rất nhiều. Spintronics có khả năng tạo ra các chip có thể lưu trữ lượng thông tin vượt trội hơn rất nhiều so với những gì chúng ta đang có.
Nhà nghiên cứu cho biết: “Kết quả này đại diện cho sự quan sát đầu tiên về một nam châm không theo hướng truyền thống có thể điều chỉnh bằng điện.” Họ cũng nhấn mạnh rằng: “Những phát hiện này mở ra một biên giới mới để hiện thực hóa việc chuyển đổi điện áp bảo vệ đối xứng của phân cực spin không tương đối trong một nam châm bù trừ.”
Elizabeth Rayne, tác giả của nhiều bài viết, từng xuất hiện trên các tạp chí như Popular Mechanics, Ars Technica, SYFY WIRE và nhiều nơi khác. Hiện tại, cô sống bên ngoài thành phố New York cùng với chú vẹt Lestat. Ngoài việc viết lách, bạn có thể tìm thấy cô ấy đang vẽ tranh, chơi piano hoặc đang trong quá trình biến hóa thành một hình dạng khác.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a64991278/new-magnetism-spintronics/
