Khám phá tính chất điện kỳ lạ của graphene

Đây không chỉ là vật liệu mỏng nhất có thể, mà nó còn cứng hơn thép gấp 10 lần và dẫn điện tốt hơn bất kỳ vật liệu nào được biết ở nhiệt độ thường. Những tính chất này và những đặc tính kỳ lạ khác của graphene đã thu hút sự quan tâm của các nhà vật lý, những người muốn nghiên cứu, và các nhà công nghệ nano, những người mong muốn khai thác chúng để chế tạo ra những thiết bị mới.

"Có hai đặc tính khiến graphene trở nên đặc biệt. Thứ nhất, cấu trúc phân tử của nó khó bị khiếm khuyết đến mức các nhà nghiên cứu phải tự tạo ra chúng để nghiên cứu những hiệu ứng của nó. Thứ hai, các điện tử mang điện tích di chuyển rất nhanh và thường hoạt động như thể chúng có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với khi ở trong các kim loại thường hay siêu dẫn," Kirill Bolotin, giáo sư Khoa Vật lý và Thiên văn Vanderbilt, cho biết.

Trong bài báo đăng trên Tạp chí Nature, Bolotin và các đồng nghiệp ở Đại học Columbia thông báo rằng họ đã tạo ra graphene đủ để thể hiển hiện tượng điện lạ lùng được gọi là hiệu ứng một phần lượng tử Hall, khi các điện tử cùng nhau hành động để tạo ra các hạt mới với các điện tích là một phần của những điện tử riêng lẻ.

Từ khi các nhà khoa học tìm được cách tạo ra graphene 5 năm trước đây, họ đã cố gắng khiến cho nó bộc lộ hiệu ứng này nhưng đạt rất ít thành công. Theo Bolotin, nhóm nghiên cứu Columbia đã phát hiện thấy rằng vấn đề là do nhiễu từ bề mặt mà graphene được đặt lên. Do vậy họ sử dụng các kỹ thuật in litô bán dẫn để treo các tấm graphene siêu sạch giữa các cọc cực nhỏ ở bên trên bề mặt của các chip bán dẫn. Khi họ làm lạnh cấu trúc này xuống 6 độ trên độ không tuyệt đối và đưa vào từ trường, graphene đã sinh ra hiệu ứng lượng tử Hall mạnh mẽ như được dự đoán trong lý thuyết.

Hiểu biết các tính chất điện của graphene là rất quan trọng bởi, không giống như các vật liệu khác được sử dụng trong công nghiệp điện tử, nó có khả năng bền và dẫn điện ở cấp phân tử. Kết quả là, khi công nghệ silic hiện nay chạm tới ngưỡng giới hạn về thu nhỏ kích cỡ trong những năm tới, graphene có thể là vật liệu thay thế hoàn hảo.