Thành công tạo ra dòng điện spin trong graphene mà không cần từ trường

Thế Kiên
07/07/2025 14:20
D

Vật liệu graphene siêu mỏng vừa tạo ra bước ngoặt trong ngành điện tử khi các nhà khoa học lần đầu khiến nó sinh ra dòng điện đặc biệt mà không cần từ trường.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) vừa đạt được thành tựu quan trọng. Họ đã tạo ra loại dòng điện đặc biệt trong graphene mà trước đây chỉ có thể làm được bằng nam châm cực mạnh. Khám phá này có thể thay đổi hoàn toàn cách chúng ta chế tạo thiết bị điện tử trong tương lai.

Để hiểu rõ tầm quan trọng của phát hiện này, chúng ta cần tìm hiểu về spintronics, một công nghệ hoàn toàn khác biệt với điện tử học truyền thống. Trong máy tính hiện tại, thông tin được truyền đi thông qua việc di chuyển điện tích của electron. Spintronics lại khai thác một đặc tính khác của electron gọi là "spin" - tưởng tượng như electron quay tròn theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ.

Công nghệ spintronics mang lại những lợi ích vượt trội. Các thiết bị sử dụng spin có thể hoạt động nhanh hơn hàng nghìn lần và tiêu thụ năng lượng ít hơn đáng kể so với chip máy tính hiện tại. Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ này vào thực tế gặp phải trở ngại lớn.

Tiến sĩ Talieh Ghiasi, trưởng nhóm nghiên cứu, chia sẻ: "Trước đây, muốn tạo ra dòng điện spin trong graphene, chúng tôi phải sử dụng từ trường cực mạnh. Loại từ trường này hoàn toàn không thể thu nhỏ để lắp vào chip điện tử."

Thành công tạo ra dòng điện spin trong graphene mà không cần từ trường

Hình minh họa hiệu ứng QSH trong vật liệu nền graphene. Ảnh: Talieh Ghiasi

Giải pháp thông minh từ vật liệu từ tính

Đối diện với thách thức này, nhóm nghiên cứu đã nghĩ ra cách tiếp cận độc đáo. Họ đặt một lớp graphene mỏng lên trên loại vật liệu từ tính đặc biệt tên là chromium thiophosphate (CrPS₄). Vật liệu này hoạt động như một "người bạn từ tính", nó không cần từ trường bên ngoài nhưng vẫn có thể ảnh hưởng đến các electron trong graphene.

Cơ chế hoạt động có thể so sánh như sau: nếu graphene là một tờ giấy trắng, thì CrPS₄ giống như một tấm nam châm nằm bên dưới. Mặc dù không chạm trực tiếp, nam châm vẫn có thể làm cho kim la bàn trên tờ giấy quay theo hướng nhất định. Tương tự, CrPS₄ khiến các electron trong graphene "quay" theo những hướng cụ thể mà không cần từ trường từ bên ngoài.

Khi graphene được đặt trên CrPS₄, hai hiện tượng vật lý quan trọng xảy ra. Thứ nhất là "ghép spin-quỹ đạo" - tức là cách electron di chuyển sẽ ảnh hưởng đến hướng quay của chúng. Thứ hai là "tương tác trao đổi" - nghĩa là các electron có xu hướng quay cùng hướng với nhau. Sự kết hợp của hai hiện tượng này tạo ra một "đường cao tốc điện tử" đặc biệt chạy dọc theo rìa của graphene.

Điều đáng kinh ngạc là những dòng điện đặc biệt này có thể chạy ổn định qua khoảng cách lên đến hàng chục micromet. Để hình dung, một micromet bằng một phần triệu mét - tức là khoảng cách này gấp hàng trăm lần kích thước của virus corona. Quan trọng hơn, dòng điện này vẫn hoạt động bình thường ngay cả khi có những khuyết tật nhỏ trong cấu trúc vật liệu.

Khám phá bất ngờ hoạt động ở nhiệt độ phòng

Nhóm nghiên cứu còn phát hiện thêm một điều thú vị. Ngoài dòng điện spin chính, họ còn quan sát thấy "hiệu ứng Hall bất thường" - một hiện tượng khiến electron bị lệch hướng sang một bên ngay cả khi không có từ trường. Điều đặc biệt là hiện tượng này vẫn xảy ra ở nhiệt độ phòng thông thường.

Sự khác biệt này rất quan trọng về mặt ứng dụng thực tế. Dòng điện spin chính chỉ hoạt động ở nhiệt độ cực thấp (gần âm 273 độ C), nhưng hiệu ứng Hall bất thường lại hoạt động bình thường ở nhiệt độ phòng. Điều này mở ra cơ hội ứng dụng ngay lập tức trong các sản phẩm điện tử hàng ngày.

Nhóm nghiên cứu nhận định: "Chúng tôi đã chứng minh được rằng có thể tạo ra trạng thái spin đặc biệt mà không cần từ trường bên ngoài. Kết hợp với tín hiệu hoạt động ở nhiệt độ phòng, phát hiện này mở ra con đường thực tế cho các ứng dụng graphene từ tính trong công nghệ tương lai."

Thành quả này hứa hẹn dẫn đến những thiết bị điện tử hoàn toàn mới. Tưởng tượng những chip nhớ và vi xử lý mỏng như tờ giấy, chạy mát hơn và hiệu quả hơn gấp nhiều lần so với chip silicon hiện tại. Những dòng điện đặc biệt này còn có thể truyền thông tin lượng tử qua khoảng cách xa, giúp kết nối các bộ phận trong máy tính lượng tử tương lai.

Ghiasi nhấn mạnh một ưu điểm quan trọng: "Những dòng điện này có khả năng chống chịu rất tốt trước các nhiễu loạn và khuyết tật. Chúng hoạt động đáng tin cậy ngay cả khi điều kiện không hoàn hảo."

Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn cần vượt qua một số thách thức. Loại dòng điện spin phù hợp nhất để chế tạo mạch lượng tử hiện chỉ hoạt động ở nhiệt độ cực thấp. Nhóm nghiên cứu đang tìm cách cải thiện để hiện tượng này có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hơn. Họ cũng đang thử nghiệm với nhiều loại vật liệu khác nhau để tìm ra những kết hợp hiệu quả hơn.

Kết quả nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature Communications. Đây là bước tiến quan trọng trong việc biến công nghệ lượng tử từ phòng thí nghiệm thành hiện thực cuộc sống.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng

Bình luận

Tối thiểu 10 chữ Tiếng việt có dấu Không chứa liên kết

Gửi bình luận

Tin cùng chuyên mục

Siêu máy tính AI Nexus của Mỹ sẽ tính toán nhanh hơn 8 tỷ người cộng lại

Siêu máy tính AI Nexus của Mỹ sẽ tính toán nhanh hơn 8 tỷ người cộng lại

Dấu vết từ vụ phóng tàu chở hàng vũ trụ Thiên Châu 9 của Trung Quốc

Dấu vết từ vụ phóng tàu chở hàng vũ trụ Thiên Châu 9 của Trung Quốc

Nhật Bản phát triển chip 6G siêu nhỏ cho điện thoại thông minh

Nhật Bản phát triển chip 6G siêu nhỏ cho điện thoại thông minh

Pin mặt trời kính siêu mỏng - Công nghệ cách mạng cho vệ tinh tương lai

Pin mặt trời kính siêu mỏng - Công nghệ cách mạng cho vệ tinh tương lai

Tên lửa tái sử dụng Trung Quốc sắp bắt kịp SpaceX

Tên lửa tái sử dụng Trung Quốc sắp bắt kịp SpaceX

Tàu vũ trụ Solar Orbiter chụp ảnh cực Mặt Trời đầu tiên trong lịch sử

Tàu vũ trụ Solar Orbiter chụp ảnh cực Mặt Trời đầu tiên trong lịch sử

Ngân Hà có thể thoát khỏi vụ va chạm với Andromeda

Ngân Hà có thể thoát khỏi vụ va chạm với Andromeda

Châu Âu thử nghiệm mạng siêu máy tính đạt tốc độ 1,2 Tbit/giây trên hành trình cơ sở hạ tầng 3.500km

Châu Âu thử nghiệm mạng siêu máy tính đạt tốc độ 1,2 Tbit/giây trên hành trình cơ sở hạ tầng 3.500km

Hưng Yên phát động phong trào thi đua khoa học công nghệ giai đoạn 2025-2030

Hưng Yên phát động phong trào thi đua khoa học công nghệ giai đoạn 2025-2030

Tính phù hợp của nguyên tắc hình thành hợp đồng thông minh với pháp luật Việt Nam về hợp đồng – nhìn nhận từ kinh nghiệm quốc tế

Tính phù hợp của nguyên tắc hình thành hợp đồng thông minh với pháp luật Việt Nam về hợp đồng – nhìn nhận từ kinh nghiệm quốc tế

Phát triển công nghệ mô phỏng theo dõi 24.000 electron 'nhảy múa' theo thời gian thực

Phát triển công nghệ mô phỏng theo dõi 24.000 electron 'nhảy múa' theo thời gian thực

Vi khuẩn vũ trụ Niallia tiangongensis: Sinh vật địa ngoại đầu tiên 'sinh ra' trên trạm Thiên Cung của Trung Quốc

Vi khuẩn vũ trụ Niallia tiangongensis: Sinh vật địa ngoại đầu tiên 'sinh ra' trên trạm Thiên Cung của Trung Quốc

Tin mới cập nhật

GLM-4.5 của Z.ai: AI mã nguồn mở rẻ hơn DeepSeek, đấu ChatGPT

GLM-4.5 của Z.ai: AI mã nguồn mở rẻ hơn DeepSeek, đấu ChatGPT

AI Fabric hỗ trợ dữ liệu và AI thế hệ tiếp theo như thế nào?

AI Fabric hỗ trợ dữ liệu và AI thế hệ tiếp theo như thế nào?

Samsung ký hợp đồng chip trị giá 16,5 tỷ USD, cổ phiếu tăng vọt

Samsung ký hợp đồng chip trị giá 16,5 tỷ USD, cổ phiếu tăng vọt

Cổ phiếu Puma giảm mạnh sau khi cắt giảm triển vọng lợi nhuận do thuế quan

Cổ phiếu Puma giảm mạnh sau khi cắt giảm triển vọng lợi nhuận do thuế quan

Xiaomi POP Run 2025 thu hút hơn 1.600 người tham dự

Xiaomi POP Run 2025 thu hút hơn 1.600 người tham dự

Thị trường châu Á trái chiều trước đàm phán Mỹ - Trung

Thị trường châu Á trái chiều trước đàm phán Mỹ - Trung

Tăng cường cảnh giác và phòng ngừa tội phạm lừa đảo sử dụng công nghệ cao

Tăng cường cảnh giác và phòng ngừa tội phạm lừa đảo sử dụng công nghệ cao

Fortinet ứng phó với các mối đe dọa mới nổi

Fortinet ứng phó với các mối đe dọa mới nổi

Ấn Độ nối lại việc cấp thị thực du lịch cho công dân Trung Quốc sau 5 năm

Ấn Độ nối lại việc cấp thị thực du lịch cho công dân Trung Quốc sau 5 năm

Di Động Việt mở bán sớm Galaxy Z Fold7, Z Flip 7 với ưu đãi lên đến 10 triệu đồng

Di Động Việt mở bán sớm Galaxy Z Fold7, Z Flip 7 với ưu đãi lên đến 10 triệu đồng

ASUS khai trương ROG Exclusive Store đầu tiên tại Việt Nam

ASUS khai trương ROG Exclusive Store đầu tiên tại Việt Nam

CellphoneS ghi nhận bộ đôi Galaxy Z Fold7 và Z Flip7 tăng trưởng 20%

CellphoneS ghi nhận bộ đôi Galaxy Z Fold7 và Z Flip7 tăng trưởng 20%

Tin đọc nhiều

Siêu máy tính AI Nexus của Mỹ sẽ tính toán nhanh hơn 8 tỷ người cộng lại

Siêu máy tính AI Nexus của Mỹ sẽ tính toán nhanh hơn 8 tỷ người cộng lại

Dấu vết từ vụ phóng tàu chở hàng vũ trụ Thiên Châu 9 của Trung Quốc

Dấu vết từ vụ phóng tàu chở hàng vũ trụ Thiên Châu 9 của Trung Quốc

Nhật Bản phát triển chip 6G siêu nhỏ cho điện thoại thông minh

Nhật Bản phát triển chip 6G siêu nhỏ cho điện thoại thông minh

Pin mặt trời kính siêu mỏng - Công nghệ cách mạng cho vệ tinh tương lai

Pin mặt trời kính siêu mỏng - Công nghệ cách mạng cho vệ tinh tương lai

Tên lửa tái sử dụng Trung Quốc sắp bắt kịp SpaceX

Tên lửa tái sử dụng Trung Quốc sắp bắt kịp SpaceX

Tàu vũ trụ Solar Orbiter chụp ảnh cực Mặt Trời đầu tiên trong lịch sử

Tàu vũ trụ Solar Orbiter chụp ảnh cực Mặt Trời đầu tiên trong lịch sử

Ngân Hà có thể thoát khỏi vụ va chạm với Andromeda

Ngân Hà có thể thoát khỏi vụ va chạm với Andromeda

Châu Âu thử nghiệm mạng siêu máy tính đạt tốc độ 1,2 Tbit/giây trên hành trình cơ sở hạ tầng 3.500km

Châu Âu thử nghiệm mạng siêu máy tính đạt tốc độ 1,2 Tbit/giây trên hành trình cơ sở hạ tầng 3.500km

Hưng Yên phát động phong trào thi đua khoa học công nghệ giai đoạn 2025-2030

Hưng Yên phát động phong trào thi đua khoa học công nghệ giai đoạn 2025-2030

Tính phù hợp của nguyên tắc hình thành hợp đồng thông minh với pháp luật Việt Nam về hợp đồng – nhìn nhận từ kinh nghiệm quốc tế

Tính phù hợp của nguyên tắc hình thành hợp đồng thông minh với pháp luật Việt Nam về hợp đồng – nhìn nhận từ kinh nghiệm quốc tế

Video xem nhiều

Giới thiệu chương trình bình chọn “Xe của năm 2022"

Giới thiệu chương trình bình chọn “Xe của năm 2022"

Isuzu Mu-X 2021 hoàn toàn mới: Thiết kế hiện đại và đầy công nghệ

Isuzu Mu-X 2021 hoàn toàn mới: Thiết kế hiện đại và đầy công nghệ

Clip: Khuyến cáo đối với người lao động, người làm việc, người bán hàng tại khu dịch vụ trong dịch Covid-19

Clip: Khuyến cáo đối với người lao động, người làm việc, người bán hàng tại khu dịch vụ trong dịch Covid-19

Geneva Motor Show 2020: Bentley hé lộ siêu xe Bacalar triệu đô

Geneva Motor Show 2020: Bentley hé lộ siêu xe Bacalar triệu đô

Lộ diện siêu xe hypercar Czinger 21C tăng tốc 0-100km/h chưa tới 2 giây

Lộ diện siêu xe hypercar Czinger 21C tăng tốc 0-100km/h chưa tới 2 giây

Cỗ xe lai phản lực tăng tốc từ 0 - 1010 km/h trong 50 giây tham vọng phá kỷ lục thế giới

Cỗ xe lai phản lực tăng tốc từ 0 - 1010 km/h trong 50 giây tham vọng phá kỷ lục thế giới

“Rắn tiên tri” dự đoán đội tuyển Việt Nam thắng Thái Lan

“Rắn tiên tri” dự đoán đội tuyển Việt Nam thắng Thái Lan

Bắc Sơn mây hát

Bắc Sơn mây hát

Làm thế nào để nâng cao tương tác giữa loa và phòng nghe hiệu quả

Làm thế nào để nâng cao tương tác giữa loa và phòng nghe hiệu quả

Trực tiếp: Apple ra mắt Iphone 11 tại Cupertino, California, Mỹ

Trực tiếp: Apple ra mắt Iphone 11 tại Cupertino, California, Mỹ

Những gì bạn muốn biết về 5G

Những gì bạn muốn biết về 5G

5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?

5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?

Bàn về tầm nhìn và các trụ cột của công nghệ thông tin di động 6G
04/03/2022
Chip xử lý A15 Bionic của Apple có gì mới
15/09/2021
Sex Education mùa 3 được Netflix công chiếu vào 17/9
14/09/2021
iPhone 13 không thay đổi nhiều về ngoại hình, camera được nâng cấp mạnh
13/09/2021
Cách xem trực tiếp sự kiện ra mắt iPhone 13 và Apple Watch 7
10/09/2021
VNEID của Bộ Công an khác các ứng dụng đang được vận hành?
10/09/2021
'Cái tôi' thời 4.0 và tính hai mặt của mạng xã hội
04/09/2021
'Muôn màu' cảm xúc của trẻ trong ngày khai giảng online
24/08/2021
Chủ tịch Chu Ngọc Anh giải toả 'ách tắc' về Giấy đi đường cho người dân Thủ đô
10/08/2021
Hàng loạt Macbook M1 tự dưng vỡ màn hình, Apple có đồng ý bảo hành?
02/08/2021
6 bộ phim hay nhất để xem trên VieON
29/01/2021
Bắc Ninh: Không ký kết triển khai dự án Owifi 5G với CSE Singapore
27/06/2020
Bị World Bank cấm dự thầu 7 năm, công ty Sao Bắc Đẩu thừa nhận sai sót
27/06/2020
Wefinex - Mô hình hoạt động đa cấp "đội lốt" đầu tài chính trên mạng internet
10/06/2020
Khai trừ MISA khỏi Câu lạc bộ Chữ ký số và Giao dịch điện tử Việt Nam
27/05/2020
Chuyển đổi số - Nên hiểu như thế nào cho đúng
25/05/2020
Chống thất thu thuế là thách thức lớn đối với nền kinh tế số
29/04/2020
Cách chuyển tập tin sang máy tính mới
10/11/2019
VNPT, MobiFone, VTC sẽ hoàn thành cổ phần hóa trước năm 2021
20/08/2019
5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?
26/07/2019
Nhận diện hành vi lừa đảo trên không gian mạng
25/07/2019
Truyền hình OTT - Hướng đi mới của các “nhà Đài”
24/07/2019