Kết hợp vật liệu siêu dẫn và bán dẫn tạo ra vật liệu bán dẫn điện trở bằng 0

Kết hợp vật liệu siêu dẫn và bán dẫn tạo ra vật liệu bán dẫn điện trở bằng 0

4 phút, 18 giây để đọc.

Vật liệu bán dẫn cung cấp nhiều đặc tính hữu ích, ví dụ như hướng và đường đi của dòng điện có khả năng điều chỉnh theo các hướng khác nhau. Nó thay đổi điện trở thông qua ánh sáng hoặc nhiệt. Do đó chúng thường được sử dụng để mở rộng, chuyển mạch hoặc chuyển đổi năng lượng. Hiện tượng siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử, nguồn gốc của hiện tượng này được phát hiện vào năm 1911 bởi nhà vậy lý Hà Lan. Đặc biệt, một số chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao sẽ có tính siêu dẫn cao hơn nhiệt độ thường được biết đến. Các nhà khoa học lần đầu tiên kết hợp thành công chất bán dẫn và vật liệu siêu dẫn để tạo ra vật liệu bán dẫn có điện trở bằng không.

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn có tên tiếng anh là Semiconductor. Là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Sở dĩ chúng được gọi là “bán dẫn”, chữ “bán” theo nghĩa Hán Việt có nghĩa là một nửa. Vì chất này có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó. Hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện.

Chất bán dẫn là chìa khóa tạo ra các thiết bị điện tử trong cuộc sống của chúng ta, từ tivi đến điện thoại. Khả năng dẫn điện của chúng có thể được điều chỉnh bằng nhiều cách. Đơn giản nhất là giữ chúng ở điện thế nhất định. Đem lại khả năng dễ dàng bật/tắt dòng điện đi qua. Trong thử nghiệm mới, các nhà khoa học đã trích xuất một lớp mỏng chất bán dẫn molybdenum disulfide (MoS2). Và bổ sung lớp này vào quá trình tổng hợp vật liệu.

Vật liệu siêu dẫn là gì?

Hiện tượng siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử

Siêu dẫn là hiện tượng xảy ra khi vật thể ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ. Lúc này mức điện trở của vật dẫn trở về bằng 0. Khiến nội từ trường bị suy giảm theo hiệu ứng Meissner. Trong vật lý, để tạo ra hiện tượng siêu dẫn, người ta sẽ tạo ra một lực hút giữa các electron truyền dẫn. Từ đó làm sản sinh việc trao đổi phonon tạo ra từ cặp electron tương quan.

Ngoài ra còn tồn tại một vật chất siêu dẫn có tính dẫn nhiệt cao hơn lý thuyết. Và thấp hơn so với nhiệt độ thường trong phòng. Tuy nhiên những nghiên cứu về chất siêu dẫn nhiệt độ cao vẫn chưa hoàn chỉnh. Trong thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu sử dụng chất siêu dẫn molybdenum rhenium (MoRe). Hy vọng quan sát được một hiện tượng vật lý hoàn toàn mới khi kết hợp 2 vật liệu.

Liên kết vật liệu siêu dẫn và bán dẫn

Các nhà khoa học vừa kết hợp thành công hai vật liệu của tương lai. Một lớp bán dẫn siêu mỏng, có bề dày tương đương một nguyên tử. Và một vật liệu siêu dẫn có thể dẫn điện với điện trở bằng “0”. Cả hai đều có những thuộc tính tuyệt vời. Thông qua việc kết hợp chúng với nhau trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học hy vọng mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng vật lý cổ điển và lượng tử.

Chất bán dẫn là chìa khóa tạo ra các thiết bị điện tử

Theo lời nhà vật lý học Andreas Baumgarter tới từ Đại học Basel, thì trong chất siêu dẫn, các electron tự sắp xếp thành các cặp. Trong chất bán dẫn, các electron di chuyển một mình trên các quãng đường riêng tương ứng với mô-men từ của chúng. “Chúng tôi đặt câu hỏi liệu electron sẽ di chuyển ra sao khi kết hợp 2 vật liệu với nhau”.

Quy trình kết hợp hai lớp vật liệu

Nhóm nghiên cứu phát hiện hiện tượng liên kết mạch giữa hai lớp vật liệu. Khi nhiệt độ ở mức -273,15°C, gần độ 0 tuyệt đối. Mehdi Ramezani, thành viên nhóm cho biết đây chính là thứ mà họ tìm kiếm, nhưng đến giờ mới thực hiện được. Để gắn kết hai lớp vật liệu với nhau ban đầu không đơn giản – chúng được xếp lớp như sandwich. Với lớp cách điện bên trên và dưới, với lỗ được đục ở lớp cách điện để tạo ra tiếp xúc điện cực.

Chất siêu dẫn sẽ lấp đầy lỗ này, quá trình thực hiện trong hộp kín khí chứa đầy ni-tơ lỏng. Để ngăn trường hợp thiết bị tổn thương trong quá trình thí nghiệm. Các nhà khoa học phải sử dụng tay điều khiển từ xa siêu nhỏ để hoàn thành quy trình dưới kính hiển vi. Đây lần đầu tiên một loại vật liệu bán dẫn với điện trở bằng không được tổng hợp. Thành quả giúp các nhà khoa học tỏ ra hứng thú với tiềm năng tạo ra các loại siêu vật liệu khác nữa.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *