Kết hợp các công nghệ cũ với mới trong thế hệ thiết bị điện tử tiếp theo

Các nhà khoa học thuộc Đại học College London (UCL) đã phát hiện ra một phương pháp mới để tạo ra và điều khiển một cách hiệu quả các dòng điện dựa trên bản chất từ tính của điện tử trong vật liệu bán dẫn, có triển vọng dẫn đến sự phát triển một thế hệ các thiết bị điện tử mới.

Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để phát triển các công nghệ mới đó là khai thác mô men từ rất nhỏ của điện tử, hay còn gọi là "spin". Điện tử có đặc tính quan trọng đó là điện tích và spin - và mặc dù các công nghệ dòng điện sử dụng điện tích của điện tử, nhưng các công nghệ dựa trên cơ sở spin được cho là có tiềm năng vượt xa công nghệ bán dẫn đang dựa vào điện tích trong lưu trữ và xử lý thông tin.

Để sử dụng spin cho các thiết bị điện tử, hay còn gọi là "điện tử học spin" (spintronics), phương pháp tạo ra dòng điện và phát hiện spin cần phải đạt được hiệu quả đủ để các thiết bị có thể xử lý thông tin lượng tử với mức tiêu thụ điện năng thấp. Một cách để đạt được điều này đó là thông qua hiệu ứng Hall spin lượng tử (spin-Hall effect), đang được các nhà khoa học nghiên cứu nhằm hiểu được các cơ chế tác động cũng như tìm hiểu những vật liệu nào cho hiệu suất tối ưu. Nếu nghiên cứu về hiệu ứng này thành công, điều này sẽ mở rộng cửa cho các công nghệ mới.

Hiệu ứng Hall spin giúp tạo ra các "dòng spin" cho phép truyền thông tin lượng tử trong khi không có dòng chuyển dời của các điện tích. Không giống như các khái niệm khai thác điện tử khác, dòng spin có thể truyền thông tin mà không gây phát sinh nhiệt từ điện tích, một vấn đề nghiêm trọng của các thiết bị bán dẫn hiện hành. Việc sử dụng hiệu quả spin tạo ra bởi hiệu ứng Hall spin còn có thể tiến hành một cuộc cách mạng hóa trong các ứng dụng thiết bị nhớ sử dụng spin.

Công trình nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Nature Materials cho thấy cách áp dụng một điện trường trong vật liệu bán dẫn thông thường có thể làm tăng đáng kể tác động của hiệu ứng Hall spin, vấn đề then chốt trong việc tạo ra và phát hiện spin từ một đầu vào dòng điện.

Các nhà khoa học cho biết đã đạt được hiệu ứng lớn hơn gấp 40 lần so với kết quả đạt được trước đây trong vật liệu bán dẫn, với giá trị lớn nhất đo được có thể tương đương với giá trị cao kỷ lục của hiệu ứng Hall spin quan sát thấy trong các kim loại nặng như Platini. Điều đó chứng tỏ rằng lĩnh vực spintronics trong tương lai có thể không cần phải dựa vào các kim loại nặng đắt và hiếm để đạt được hiệu suất cao, các vật liệu tương đối rẻ có thể được sử dụng để xử lý thông tin lượng tử với mức tiêu thụ điện năng thấp.

Do lượng tài nguyên trên Trái đất hạn chế và giá nguyên liệu ngày càng tăng dần lên, nên các nhà khoa học đang tìm kiếm các vật liệu dễ tiếp cận hơn để phát triển các công nghệ bền vững trong tương lai, có khả năng dựa trên spin điện tử chứ không phải là điện tích. Hơn nữa, cách tiếp cận tiểu hình hóa của công nghệ bán dẫn hiện nay sẽ tiến đến một thời điểm khi mà xu thế, được dự đoán theo định luật Moore, sẽ tiến đến giai đoạn kết thúc vì các tranzito được thu nhỏ kích thước đến mức chỉ bằng các nguyên tử và không thể thu nhỏ thêm được nữa. Để giải quyết vấn đề này, các khái niệm cơ bản mới đối với thiết bị điện tử sẽ là cần thiết để tạo ra các giải pháp thay thế khả thi về mặt thương mại, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về năng lực tính toán.

Đồng tác giả công trình nghiên cứu, Tiến sĩ Hidekazu Kurebayashi (Trung tâm Công nghệ nano London của UCL), cho biết, "Chúng tôi sử dụng các hiện tượng bán dẫn từ 50 năm trước để nghiên cứu điện tử học spin hiện đại. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi mở ra sự bắt đầu và cũng là chứng minh nguyên lý về một tương lai đầy hứa hẹn đối với spin, như chúng ta biết rằng công nghệ bán dẫn đã phát triển đến mức trưởng thành và chúng ta cần tìm một hướng đi thay thế khác cho các thế hệ thiết bị điện tử tương lai".

Theo Vista.vn