Magnetism là một hiện tượng kỳ lạ và mạnh mẽ, có thể khiến chúng ta cảm thấy như đang sống trong một thế giới kỳ diệu. Hãy tưởng tượng, những chiếc nam châm có thể bám dính vào các bề mặt mà không cần keo dính, điều này lý giải tại sao những trò chơi như Etch-a-Sketch hay Operation lại mê hoặc bao thế hệ trẻ em. Hầu hết những gì chúng ta gặp hàng ngày là hiện tượng từ tính sắt, điều mô tả cách mà các kim loại như sắt và niken được từ hóa trong một trường magnetic, từ đó bám vào những bề mặt nhất định.
Ngoài ra, còn có những vật liệu từ tính yếu như nhôm, mà chỉ có khả năng hút nam châm một cách rất nhẹ nhàng và gần như không đáng chú ý. Thậm chí, còn có một loại từ tính khác gọi là từ tính đối xứng, nơi mà các nguyên tử từ tính trong chất liệu có thể hủy bỏ từ tính của nhau khi chúng nằm gần nhau.
Tuy nhiên, vẫn có một loại từ tính khác, không thuộc về bất kỳ loại nào ở trên. Các nhà vật lý tại MIT đã pha trộn các tính chất của vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic để tạo ra một loại từ tính mới có thể thay đổi ngành công nghiệp chip nhớ trong các thiết bị như laptop và smartphone. Loại từ tính này được gọi là “p-wave magnetism”, và nó sử dụng sự quay của các nguyên tử trong vật liệu thay vì điện tích của chúng để tạo ra các tính chất từ tính.
Nhóm nghiên cứu cho biết, “[phát hiện này] mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các thiết bị spintronic có hiệu suất cực nhanh, tiết kiệm năng lượng và bền bỉ.” Công bố này không chỉ có ý nghĩa lớn đối với lĩnh vực spintronics mà còn mở ra những cánh cửa mới cho sự phát triển công nghệ trong tương lai.
Spintronics, có thể khiến bạn liên tưởng đến một DJ đang quay những bản nhạc trên một hành tinh lạ, thực ra là một lĩnh vực khoa học nghiên cứu việc điều khiển sự quay của các nguyên tử trong các vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic. Các nguyên tử trong vật liệu ferromagnet thường quay theo cùng một hướng, và khi chúng quay, các electron cũng quay theo. Những electron này, với tốc độ quay nhanh xung quanh hạt nhân, tạo ra các trường từ tính khiến ferromagnet bám vào một số kim loại nhất định.
Ngược lại, các nguyên tử lân cận trong vật liệu antiferromagnetic quay theo các hướng đối diện, đồng nghĩa với việc các trường từ do chúng tạo ra cũng quay ngược chiều nhau. Do đó, antiferromagnet không hiển thị từ tính rõ ràng vì các electron và nguyên tử của chúng đã tự hủy bỏ từ tính của nhau.
Tuy nhiên, nhóm MIT đã tìm ra cách để vượt qua điều này. Họ đã tổng hợp iodua niken (NiI2) trong phòng thí nghiệm và quan sát hành vi của các electron trong các nguyên tử của nó. Giống như một ferromagnet, các electron này có một hướng quay mà chúng ưu tiên, nhưng giống như một antiferromagnet, cũng có đủ electron quay theo hướng ngược lại để hủy bỏ từ tính. Nhưng còn một điều gì đó thú vị hơn nữa.
Các nguyên tử niken hình thành các mẫu xoắn ốc phản chiếu lẫn nhau, cho phép điều khiển sự quay của những nguyên tử này bằng một điện áp. Điều này khiến cho một số nguyên tử đổi chiều quay của chúng từ trái sang phải và ngược lại, biến chất liệu thành một p-wave magnet. Và các electron đã đổi chiều quay theo cùng với các nguyên tử theo hướng của điện áp đó.
Đây là cách mà spintronics có thể nâng cao hiệu suất của các chip máy tính. Khi dữ liệu có hình dạng của sự quay của electron thay vì điện tích của nó, điều này tạo ra nhiều không gian lưu trữ hơn rất nhiều. Công nghệ spintronics có thể giúp tạo ra các chip có khả năng lưu trữ lượng thông tin lớn hơn rất nhiều so với những gì hiện có.
“Các kết quả được báo cáo đại diện cho quan sát đầu tiên về một nam châm không đối xứng có thể chuyển đổi điện,” nhóm nghiên cứu cho biết. “Những phát hiện này mở ra một biên giới mới để hiện thực hóa việc chuyển đổi dựa trên điện áp của sự phân cực spin không tương đối trong một nam châm bù.”
Cuối cùng, Elizabeth Rayne là một nhà văn có nhiều tác phẩm đã xuất hiện trên nhiều tạp chí như Popular Mechanics, Ars Technica, SYFY WIRE và nhiều nơi khác. Cô sống gần New York City cùng với con vẹt Lestat của mình. Khi không viết lách, cô thường vẽ tranh, chơi piano hoặc thỉnh thoảng có thể biến hình!
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a64991278/new-magnetism-spintronics/
Ngoài ra, còn có những vật liệu từ tính yếu như nhôm, mà chỉ có khả năng hút nam châm một cách rất nhẹ nhàng và gần như không đáng chú ý. Thậm chí, còn có một loại từ tính khác gọi là từ tính đối xứng, nơi mà các nguyên tử từ tính trong chất liệu có thể hủy bỏ từ tính của nhau khi chúng nằm gần nhau.
Tuy nhiên, vẫn có một loại từ tính khác, không thuộc về bất kỳ loại nào ở trên. Các nhà vật lý tại MIT đã pha trộn các tính chất của vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic để tạo ra một loại từ tính mới có thể thay đổi ngành công nghiệp chip nhớ trong các thiết bị như laptop và smartphone. Loại từ tính này được gọi là “p-wave magnetism”, và nó sử dụng sự quay của các nguyên tử trong vật liệu thay vì điện tích của chúng để tạo ra các tính chất từ tính.
Nhóm nghiên cứu cho biết, “[phát hiện này] mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các thiết bị spintronic có hiệu suất cực nhanh, tiết kiệm năng lượng và bền bỉ.” Công bố này không chỉ có ý nghĩa lớn đối với lĩnh vực spintronics mà còn mở ra những cánh cửa mới cho sự phát triển công nghệ trong tương lai.
Spintronics, có thể khiến bạn liên tưởng đến một DJ đang quay những bản nhạc trên một hành tinh lạ, thực ra là một lĩnh vực khoa học nghiên cứu việc điều khiển sự quay của các nguyên tử trong các vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic. Các nguyên tử trong vật liệu ferromagnet thường quay theo cùng một hướng, và khi chúng quay, các electron cũng quay theo. Những electron này, với tốc độ quay nhanh xung quanh hạt nhân, tạo ra các trường từ tính khiến ferromagnet bám vào một số kim loại nhất định.
Ngược lại, các nguyên tử lân cận trong vật liệu antiferromagnetic quay theo các hướng đối diện, đồng nghĩa với việc các trường từ do chúng tạo ra cũng quay ngược chiều nhau. Do đó, antiferromagnet không hiển thị từ tính rõ ràng vì các electron và nguyên tử của chúng đã tự hủy bỏ từ tính của nhau.
Tuy nhiên, nhóm MIT đã tìm ra cách để vượt qua điều này. Họ đã tổng hợp iodua niken (NiI2) trong phòng thí nghiệm và quan sát hành vi của các electron trong các nguyên tử của nó. Giống như một ferromagnet, các electron này có một hướng quay mà chúng ưu tiên, nhưng giống như một antiferromagnet, cũng có đủ electron quay theo hướng ngược lại để hủy bỏ từ tính. Nhưng còn một điều gì đó thú vị hơn nữa.
Các nguyên tử niken hình thành các mẫu xoắn ốc phản chiếu lẫn nhau, cho phép điều khiển sự quay của những nguyên tử này bằng một điện áp. Điều này khiến cho một số nguyên tử đổi chiều quay của chúng từ trái sang phải và ngược lại, biến chất liệu thành một p-wave magnet. Và các electron đã đổi chiều quay theo cùng với các nguyên tử theo hướng của điện áp đó.
Đây là cách mà spintronics có thể nâng cao hiệu suất của các chip máy tính. Khi dữ liệu có hình dạng của sự quay của electron thay vì điện tích của nó, điều này tạo ra nhiều không gian lưu trữ hơn rất nhiều. Công nghệ spintronics có thể giúp tạo ra các chip có khả năng lưu trữ lượng thông tin lớn hơn rất nhiều so với những gì hiện có.
“Các kết quả được báo cáo đại diện cho quan sát đầu tiên về một nam châm không đối xứng có thể chuyển đổi điện,” nhóm nghiên cứu cho biết. “Những phát hiện này mở ra một biên giới mới để hiện thực hóa việc chuyển đổi dựa trên điện áp của sự phân cực spin không tương đối trong một nam châm bù.”
Cuối cùng, Elizabeth Rayne là một nhà văn có nhiều tác phẩm đã xuất hiện trên nhiều tạp chí như Popular Mechanics, Ars Technica, SYFY WIRE và nhiều nơi khác. Cô sống gần New York City cùng với con vẹt Lestat của mình. Khi không viết lách, cô thường vẽ tranh, chơi piano hoặc thỉnh thoảng có thể biến hình!
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a64991278/new-magnetism-spintronics/
