Một nhóm nhà khoa học đến từ Viện Khoa học Tokyo, dẫn đầu bởi Giáo sư gốc Việt Phạm Nam Hải, đã phát triển thành công một loại bán dẫn sắt từ (ferromagnetic semiconductor - FMS) hoạt động ở nhiệt độ cao hơn bất kỳ vật liệu tương tự nào từng được báo cáo trước đây. Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Applied Physics Letters (Tập 126, Số 16 ra ngày 24/4/2025), vật liệu này đạt nhiệt độ Curie ( TC ) lên tới 530K – cao hơn nhiệt độ phòng đáng kể.
Nếu bạn chưa biết thì nhiệt độ Curie là ngưỡng nhiệt độ đặc biệt mà tại đó vật liệu sắt từ (như sắt hoặc một số chất bán dẫn) mất từ tính vĩnh cửu và chuyển sang trạng thái thuận từ.
Vật liệu FMS nổi tiếng nhờ kết hợp cả tính chất điện và từ, đặc biệt phù hợp cho các thiết bị spintronic (điện tử spin) sử dụng đồng thời điện tích và spin của electron. Trong số này, các chất bán dẫn pha tạp Sắt nhóm III-V như (In,Fe)Sb và (Ga,Fe)Sb nổi bật nhờ tiềm năng đạt TC cao. Tuy nhiên, việc đưa vào một lượng lớn nguyên tố từ tính như Sắt mà không phá hủy cấu trúc tinh thể vẫn là một thách thức lớn.
Trong các nghiên cứu trước đâym những vật liệu như (Ga,Mn)As có TC thấp và không thể sử dụng hiệu quả ở nhiệt độ phòng. Dù nghiên cứu trước đó từng đạt TC 420K, con số này vẫn chưa đủ cho hoạt động ổn định trong thực tế.
Trong nghiên cứu mới, Giáo sư Phạm Nam Hải và các cộng sự đã tìm ra cách giải quyết vấn đề. Họ tạo ra màng mỏng (Ga,Fe)Sb bằng kỹ thuật gọi là "step-flow growth" trên đế GaAs (100) được nghiêng nhẹ một góc khoảng 10° so với trục. Phương pháp này cho phép họ bổ sung tới 24% Fe mà không làm hỏng cấu trúc vật liệu.
Nhờ kỹ thuật này, các nhà khoa học đã tạo ra các màng (Ga₀.₇₆Fe₀.₂₄)Sb với nhiệt độ Curie dao động từ 470K đến 530K – mức cao nhất từng được báo cáo trong lĩnh vực nghiên cứu FMS cho đến nay.
"Trong các mẫu (Ga,Fe)Sb thông thường, việc duy trì cấu trúc tinh thể ở mức pha tạp Fe cao luôn là vấn đề nan giải. Bằng cách áp dụng kỹ thuật step-flow growth trên đế nghiêng (vicinal substrates), chúng tôi đã thành công vượt qua thách thức này và đạt được TC cao nhất thế giới trong lĩnh vực vật liệu FMS" , Giáo sư Hải cho biết.
Để xác nhận hành vi từ tính, nhóm đã sử dụng phổ lưỡng sắc vòng từ (magnetic circular dichroism spectroscopy) – kỹ thuật kiểm tra cách ánh sáng tương tác với trạng thái điện tử phân cực spin. Họ cũng phân tích dữ liệu từ hóa bằng giản đồ Arrott (Arrott plots) – phương pháp dùng để xác định chính xác nhiệt độ mà tại đó vật liệu trở nên có từ tính.
Mômen từ của mỗi nguyên tử Fe trong mẫu đo được khoảng 4.5 μB, gần với giá trị lý tưởng 5 μB dự kiến cho ion Fe³⁺ trong cấu trúc kẽm blende (zinc blende). Con số này cao gấp khoảng hai lần mômen từ của sắt kim loại thông thường (α-Fe).
Họ cũng kiểm tra độ bền lâu dài. Một màng mỏng dày 9.8 nm được bảo quản trong không khí mở suốt 1.5 năm vẫn thể hiện tính từ mạnh mẽ, mặc dù TC giảm nhẹ xuống còn 470K.
"Kết quả của chúng tôi chứng minh tính khả thi của việc chế tạo FMS có TC cao tương thích với hoạt động ở nhiệt độ phòng, một bước quan trọng hướng tới hiện thực hóa các thiết bị spintronic" , Giáo sư Hải bổ sung. Công trình này cho thấy việc kiểm soát cẩn thận phương pháp tăng trưởng và thiết kế vật liệu có thể dẫn đến các chất bán dẫn mạnh mẽ và thiết thực hơn cho ngành điện tử spin (spintronics) tương lai.
Spintronics hứa hẹn mang lại những ưu điểm sau:
quantrimang.com
www.vietnamplus.vn
Nếu bạn chưa biết thì nhiệt độ Curie là ngưỡng nhiệt độ đặc biệt mà tại đó vật liệu sắt từ (như sắt hoặc một số chất bán dẫn) mất từ tính vĩnh cửu và chuyển sang trạng thái thuận từ.
Vật liệu FMS nổi tiếng nhờ kết hợp cả tính chất điện và từ, đặc biệt phù hợp cho các thiết bị spintronic (điện tử spin) sử dụng đồng thời điện tích và spin của electron. Trong số này, các chất bán dẫn pha tạp Sắt nhóm III-V như (In,Fe)Sb và (Ga,Fe)Sb nổi bật nhờ tiềm năng đạt TC cao. Tuy nhiên, việc đưa vào một lượng lớn nguyên tố từ tính như Sắt mà không phá hủy cấu trúc tinh thể vẫn là một thách thức lớn.
Trong các nghiên cứu trước đâym những vật liệu như (Ga,Mn)As có TC thấp và không thể sử dụng hiệu quả ở nhiệt độ phòng. Dù nghiên cứu trước đó từng đạt TC 420K, con số này vẫn chưa đủ cho hoạt động ổn định trong thực tế.
Trong nghiên cứu mới, Giáo sư Phạm Nam Hải và các cộng sự đã tìm ra cách giải quyết vấn đề. Họ tạo ra màng mỏng (Ga,Fe)Sb bằng kỹ thuật gọi là "step-flow growth" trên đế GaAs (100) được nghiêng nhẹ một góc khoảng 10° so với trục. Phương pháp này cho phép họ bổ sung tới 24% Fe mà không làm hỏng cấu trúc vật liệu.
Nhờ kỹ thuật này, các nhà khoa học đã tạo ra các màng (Ga₀.₇₆Fe₀.₂₄)Sb với nhiệt độ Curie dao động từ 470K đến 530K – mức cao nhất từng được báo cáo trong lĩnh vực nghiên cứu FMS cho đến nay.
"Trong các mẫu (Ga,Fe)Sb thông thường, việc duy trì cấu trúc tinh thể ở mức pha tạp Fe cao luôn là vấn đề nan giải. Bằng cách áp dụng kỹ thuật step-flow growth trên đế nghiêng (vicinal substrates), chúng tôi đã thành công vượt qua thách thức này và đạt được TC cao nhất thế giới trong lĩnh vực vật liệu FMS" , Giáo sư Hải cho biết.
Để xác nhận hành vi từ tính, nhóm đã sử dụng phổ lưỡng sắc vòng từ (magnetic circular dichroism spectroscopy) – kỹ thuật kiểm tra cách ánh sáng tương tác với trạng thái điện tử phân cực spin. Họ cũng phân tích dữ liệu từ hóa bằng giản đồ Arrott (Arrott plots) – phương pháp dùng để xác định chính xác nhiệt độ mà tại đó vật liệu trở nên có từ tính.
Mômen từ của mỗi nguyên tử Fe trong mẫu đo được khoảng 4.5 μB, gần với giá trị lý tưởng 5 μB dự kiến cho ion Fe³⁺ trong cấu trúc kẽm blende (zinc blende). Con số này cao gấp khoảng hai lần mômen từ của sắt kim loại thông thường (α-Fe).
Họ cũng kiểm tra độ bền lâu dài. Một màng mỏng dày 9.8 nm được bảo quản trong không khí mở suốt 1.5 năm vẫn thể hiện tính từ mạnh mẽ, mặc dù TC giảm nhẹ xuống còn 470K.
"Kết quả của chúng tôi chứng minh tính khả thi của việc chế tạo FMS có TC cao tương thích với hoạt động ở nhiệt độ phòng, một bước quan trọng hướng tới hiện thực hóa các thiết bị spintronic" , Giáo sư Hải bổ sung. Công trình này cho thấy việc kiểm soát cẩn thận phương pháp tăng trưởng và thiết kế vật liệu có thể dẫn đến các chất bán dẫn mạnh mẽ và thiết thực hơn cho ngành điện tử spin (spintronics) tương lai.
Spintronics hứa hẹn mang lại những ưu điểm sau:
- Hầu như không rò rỉ điện khi chờ (standby leakage)
- Mức tiêu thụ điện năng thấp
- Độ bền cực cao
- Hiệu năng đọc-ghi tuyệt vời
- Tất cả trong một gói 'nonvolatile' (không mất dữ liệu khi mất điện)
- Và được cho là dễ dàng tích hợp với các mạch điện tử CMOS hiện có.
Giáo sư gốc Việt nắm giữ “chìa khóa” cho công nghệ SSD và RAM thế hệ mới đột phá đầy hứa hẹn
Một nhóm nhà khoa học đến từ Viện Khoa học Tokyo, dẫn đầu bởi Giáo sư gốc Việt Phạm Nam Hải, đã phát triển thành công một loại bán dẫn sắt từ (ferromagnetic semiconductor - FMS) hoạt động ở nhiệt độ cao hơn bất kỳ vật liệu tương tự nào từng được báo cáo trước đây.
quantrimang.com
Đột phá theo Nghị quyết 57: Cởi trói cho doanh nghiệp...
Giáo sư Phạm Nam Hải nhận định Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị là một nghị quyết rất đột phá, cởi trói cho các doanh nghiệp Việt Nam tham gia vào chuỗi tạo ra giá trị khoa học công nghệ.
www.vietnamplus.vn
.png "Sex :vozvn (18):"){kind=icon}
.png "Sex :vozvn (12):"){kind=icon}
