Một số các thiết bị kỹ thuật – như máy Ipod và máy tính xách tay – đang ngày càng nhỏ hơn. Các nhà khoa học đang cố gắng thu gọn chúng nhỏ hơn nữa bằng cách ứng dụng các bộ phận nhỏ bằng một phần triệu bề rộng sợi tóc của con người. Tuy nhiên, tạo ra những bộ phận này thật không dễ dàng chút nào.
Những cây nano qua kính hiển vi điện tử quét. (Ảnh: AAAS/Science) |
Nhà hóa học Song Jin thuộc trường Đại học Wisconsin-Madison cho biết “Ngay từ đầu chúng tôi đã trông thấy hình hai cái cây, và chúng tôi nói rằng ‘Vậy thì cái gì đang diễn ra ở đây nhỉ?’”.
Các nhà khoa học cho biết những cái cây này được cho là đại diện cho một phương pháp mới chế tạo “các dây nano”, điều này có thể mang lại “những chất liệu nano” mới và tốt hơn đối với nhiều ứng dụng.
Chất liệu nano là những chất liệu cực nhỏ đến độ chúng có những cấu trúc được thiết kế nhỏ bằng hoặc nhỏ hơn một vài trăm hạt nguyên tử. Chúng có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị bao gồm các mạch điện tử, các thiết bị cảm quan sinh học, các tế bào năng lượng mặt trời, các đi ốt phát quang và các thiết bị la-de.
Những cấu trúc do Jin và các sinh viên tạo ra trông giống như những cây thông với một thân cây và những nhánh cây xoáy quanh thân như một cầu thang xoắn ốc. Đội nghiên cứu đã tạo ra một rừng cây, mỗi cây thẳng đứng cao bằng bề rộng của một vài sợi tóc của con người.
Trước đó, hầu hết các dây nano được làm bằng các chất xúc tác và các vật chất tăng cường sự tăng trưởng của các chất liệu nano theo một chiều để hình thành nên những bó roi. Tuy nhiên, Jin cho biết những cái cây này dường như tự nó hình thành mà không cần đến sự trợ giúp như vậy. Các nhà nghiên cứu còn quy cho khả năng này với tính chất bất quy tắc rất nhỏ hay “sự sai khớp” ở giữa mỗi thân cân – nơi thân cây bị xoắn lại như một cái đinh ốc. Họ giải thích rằng điều này sẽ hỗ trợ cho việc phát triển các nhánh cây bao quanh thân cây.
Một hình ảnh khác với những chi tiết rõ hơn được trình bày lồng ghép. Thanh màu trắng lớn tương ứng với 10 nanomet, hoặc một phần tỷ của một mét. (Ảnh: AAAS/Science) |
Jin cho biết “sự sai khớp” hay những sai sót trong một cấu trúc tinh thể là nền tảng cho sự phát triển và các đặc điểm của tất cả các chất liệu tinh thể, nhưng đây là lần đầu tiên người ta chứng minh được chúng hỗ trợ cho sự phát triển của cấu trúc nano một chiều về cơ bản.
Ông cho biết thêm rằng việc chế tạo ra những gãy vỡ như vậy không chỉ có thể giúp cho các nhà khoa học tạo dựng được các cấu trúc nano, mà còn giúp nghiên cứu được các đặc tính cơ bản của “sự sai khớp”.
Đội ngũ của ông đã tạo ra các cây nano ứng dụng sự biến đổi cực nhỏ của một kỹ thuật được gọi là sự lắng đọng hơi hóa học cho chất liệu chì sunfua. Tuy nhiên, các nhà hóa học tin rằng cơ chế mới này sẽ trở nên dễ ứng dụng với nhiều chất liệu khác nữa.
“Chúng tôi cho rằng những phát hiện này sẽ thúc đẩy rất nhiều người tiến hành nghiên cứu có mục đích, nhằm tạo ra “sự sai khớp” và thử tạo ra các dây nano quanh nó,” Jin nói. “Hoặc có thể những người tạo ra cấu trúc và bị nó thách đố sẽ đọc bài nghiên cứu của chúng tôi và nói ‘Này, chúng tôi thấy có điều gì đó giống như trong hệ thống của chúng tôi, vì vậy mà có lẽ bây giờ chúng tôi đã tìm ra được một giải pháp.’”
Những phát hiện này được trình bày chi tiết trực tuyến trên tạp chí nghiên cứu Science vào ngày 1 tháng 5. Jin nói “Đây là những cấu trúc đẹp mắt và thực sự thú vị, nhưng đằng sau chúng cũng là một khoa học cơ bản thực sự tuyệt vời.”