Thách thức chế tạo dây nano trực tiếp trên đế silicon để tạo ra thế hệ thiết bị điện tử tiếp theo cuối cùng đã được giải quyết bởi các nhà nghiên cứu từ Tokyo Tech. Điện tử học spin thế hệ tiếp theo sẽ dẫn đến các cơ chế lưu trữ bộ nhớ tốt hơn trong máy tính, giúp chúng hoạt động nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Khi thế giới của chúng ta hiện đại hóa nhanh hơn bao giờ hết, nhu cầu ngày càng tăng đối với các thiết bị điện tử và máy tính tốt hơn và nhanh hơn. Spintronics là một hệ thống mới sử dụng spin của một electron, ngoài trạng thái điện tích, để mã hóa dữ liệu, làm cho toàn bộ hệ thống nhanh hơn và hiệu quả hơn.
>> Tham khảo: Vật liệu thế hệ mới thay đổi hành vi dựa trên kinh nghiệm trước đó.
Các dây nano sắt từ có lực kháng từ cao (khả năng chống lại những thay đổi trong từ hóa) được yêu cầu để nhận ra tiềm năng của điện tử học spin. Đặc biệt là các dây nano coban-bạch kim (CoPt) có thứ tự L10 (một loại cấu trúc tinh thể).
Các quy trình chế tạo thông thường đối với các dây nano có thứ tự L10 bao gồm xử lý nhiệt để cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu, một quy trình được gọi là ủ trên đế tinh thể; việc chuyển một mẫu lên đế thông qua kỹ thuật in thạch bản; và cuối cùng là loại bỏ các lớp bằng hóa chất thông qua một quá trình gọi là ăn mòn.
Việc loại bỏ quá trình ăn mòn bằng cách chế tạo trực tiếp các dây nano lên đế silicon sẽ dẫn đến sự cải thiện rõ rệt trong việc chế tạo các thiết bị điện tử học spin. Tuy nhiên, khi các dây nano được chế tạo trực tiếp chịu quá trình ủ, chúng có xu hướng chuyển thành các giọt nhỏ do ứng suất bên trong dây.
>> Tham khảo: Đại dịch khiến mức tiêu thụ năng lượng của Mỹ năm 2020 giảm 7,5%.
Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Yutaka Majima từ Viện Công nghệ Tokyo đứng đầu đã tìm ra giải pháp cho vấn đề. Nhóm nghiên cứu đã báo cáo một quy trình chế tạo mới để tạo ra các dây nano CoPt theo thứ tự L10 trên các chất nền silicon/silicon dioxide (Si/SiO2).
Nói về nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Nanoscale Advances, Giáo sư Majima nói: “Phương pháp sắp xếp theo thứ tự cấu trúc nano của chúng tôi cho phép chế tạo trực tiếp các dây nano CoPt siêu mịn được sắp xếp theo thứ tự L10 với chiều rộng hẹp ở quy mô 30nm cần thiết cho điện tử học spin.
Phương pháp chế tạo này có thể còn xa hơn nữa áp dụng cho các vật liệu sắt từ có thứ tự L10 khác như các hợp chất sắt-bạch kim và sắt-palađi.”
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu tạo ra môi trường cho san hô nuôi trong bể cá.
Trong nghiên cứu này, trước tiên, các nhà nghiên cứu đã phủ một chất nền Si/SiO2 bằng vật liệu gọi là ‘điện trở’ và đưa nó vào kỹ thuật in khắc chùm tia điện tử và làm bay hơi để tạo ra một khuôn tô cho các dây nano. Sau đó, sau đó gửi một lớp CoPt nhiều lớp trên đế.
Mẫu được gửi sau đó được ‘dỡ bỏ’, để lại các dây nano CoPt. Những dây nano này sau đó được ủ ở nhiệt độ cao. Các nhà nghiên cứu cũng đã kiểm tra các dây nano được chế tạo bằng cách sử dụng một số kỹ thuật mô tả đặc tính.
Họ phát hiện ra rằng các dây nano có thứ tự L10 trong quá trình ủ. Sự biến đổi này được tạo ra bởi sự khuếch tán xen kẽ nguyên tử, sự khuếch tán bề mặt và ứng suất bên trong cực lớn ở bán kính cong siêu nhỏ 10 nm của dây nano. Họ cũng phát hiện ra rằng các dây nano thể hiện lực kháng từ lớn là 10 kiloOersted (kOe).
Theo giáo sư Majima, “Các ứng suất bên trong cấu trúc nano ở đây gây ra trật tự L10. Đây là một cơ chế khác với các nghiên cứu trước đây.
>> Tham khảo: Nghiên cứu cho thấy các tế bào cơ tự phát triển trong phòng thí nghiệm sửa chữa tổn thương cơ và bệnh tật.
Chúng tôi hy vọng rằng khám phá này sẽ mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới gọi là ‘vật liệu cảm ứng cấu trúc nano’ khoa học và kĩ thuật.'”
Khả năng ứng dụng rộng rãi và sự tiện lợi của kỹ thuật chế tạo mới chắc chắn sẽ đóng góp đáng kể cho lĩnh vực nghiên cứu điện tử học spin.
