Liệu có thể chế tạo vật liệu đánh bại được sự kỳ diệu của graphene?

Tạo ra một vật liệu tương tự graphene mà có tính bán dẫn sẽ mở ra nhiều hướng ứng dụng tuyệt vời trong công nghệ kỹ thuật số.

Vật liệu nào có thể đánh bại graphene, siêu vật liệu chỉ dày một lớp nguyên tử mà cứng hơn thép đến 200 lần? Các nhà khoa học có vẻ đã tìm ra nó, ít nhất là trên lý thuyết. Thay vì một mạng lưới nguyên tử carbon tạo ra graphene, vật liệu này sử dụng một mạng lưới tương tự gồm silic, bo và nitơ. Nó sẽ "sao chép" toàn bộ những tính chất của graphene mà giá thành chế tạo lại không hề tốn kém.

Cấu trúc của loại vật liệu hứa hẹn sẽ đánh bại graphene.

Nghiên cứu về loại vật liệu đánh bại graphene được thực hiện trong sự hợp tác của Đại học Kentucky, Hoa Kỳ, cơ sở nghiên cứu Daimler tại Đức và Viện Cơ cấu điện tử và laser, Hy Lạp. Các nhà khoa học sử dụng mô phỏng máy tính để xây dựng lên một vật liệu rẻ và ổn định hơn graphene từ các nguyên tử silic, bo và nitơ.

Theo đó, tương tự graphene vật liệu này là rất bền vững. Madhu Menon, một nhà vật lý tại Trung tâm khoa học máy tính Đại học Kentucky cho biết: "Chúng tôi đã làm nóng vật liệu này lên tới 1000^oC, nó vẫn không bị phá vỡ".

Nghe có vẻ rất ấn tượng nhưng thực sự các nhà khoa học mới đốt nóng vật liệu này trên máy vi tính. Đơn giản là nó chưa được tạo ra thực sự. Vậy tại sao họ tự tin khẳng định kết quả của mình?

Ba nhà khoa học trong nghiên cứu gồm Menon, Antonis Andriotis đến từ Viện Cơ cấu điện tử và laser, Hy Lạp và Ernst Richter của Daimler đã sử dụng những tính toán lý thuyết tối tân nhất hiện nay. Họ làm rõ graphene có một nhược điểm lớn: nó hành xử như một kim loại chứ không giống chất bán dẫn. Điều này, vật liệu mới của họ có thể khắc phục được.

Tính bán dẫn của vật liệu mới được xây dựng trên thành phần silic trong nó. Các ô mạng cũng sẽ có dạng lục giác như graphene. Điều này khắc phục được tính thiếu bền vững cho cấu trúc phẳng của 3 nguyên tử silic, bo và nitơ kết hợp.

Mạng graphene gồm những nguyên tử carbon giống hệt nhau như thế này, nó có tính chất giống một kim loại hơn là chất bán dẫn.

Tạo ra một vật liệu tương tự graphene mà có tính bán dẫn sẽ mở ra nhiều hướng ứng dụng tuyệt vời trong công nghệ kỹ thuật số. Ai cũng biết rằng những con chip bán dẫn điện tử đang mỏng dần đi. Chúng càng mỏng bao nhiêu, máy tính sẽ càng nhỏ gọn và mạnh mẽ. Nhưng rồi những con chip sẽ không thể mỏng đi mãi mãi.

"Chúng tôi biết công nghệ chip bán dẫn đang đạt tới giới hạn của nó. Chúng ta ngày càng kì vọng chúng nhỏ và nhỏ hơn nữa", Menon nói. "Nhưng mọi người đều biết chúng không thể cứ mỏng đi mãi, chúng ta cần một loại vật liệu tốt hơn".

Thứ mà Menon ám chỉ chính là vật liệu mà họ phát triển trên máy tính tại Trung tâm khoa học máy tính Đại học Kentucky. Cho đến nay, nó được đánh giá là thành công trên mô hình lý thuyết. Bước tiếp theo các nhà khoa học sẽ phải tìm cách để tạo ra vật liệu này trong thực tế.

"Lý thuyết cuối cùng sẽ phải được xác minh bằng thực nghiệm, càng sớm càng tốt", Menon nói. Nếu thành công, vật liệu này chắc chắn sẽ mở ra một trang mới cho ngành khoa học vật liệu. "Chúng ta có thể kì vọng về những bất ngờ sẽ được tạo ra", Menon kết luận.