Khám phá từ tính trên bề mặt graphite

Là đóng góp chính trong các phần tử sống nhưng các-bon không phải là loại nguyên tố mà ta mong đợi có thể tìm thấy các nam châm vĩnh cửu. Cho đến mới đây, không những các-bon có thể trở nên từ hóa với một cực nhỏ, như trong khám phá năm 2007 mà phát hiện mới còn cho thấy, hành xử này xảy đến một cách tự nhiên và không cần một thao tác đặc biệt nào ở bề mặt của một vật liệu làm bằng các-bon có tên gọi graphite.

Các nhà nghiên cứu sử dụng cả Nguồn sáng bức xạ Synchrotron Stanford ở SLAC và Nguồn sáng cao cấp ở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley để khám phá ra không những các-bon có từ tính bẩm sinh mà còn cho thấy chỉ có bề mặt của chúng mới bị từ hóa, một phát hiện hứu hẹn nhiều ứng dụng cho điện tử và tính toán trong tương lai. Nhà khoa học thuộc biên chế của SSRL Hendrik Ohldag và các đồng sự ở trường Đại học Leipzig và LBNL đã đăng chi tiết công trình của họ trong Tạp chí Vật lý số mới ra vào tuần trước. Mục đích của họ là xác định các-non có thể bị từ hóa vĩnh viễn như thế nào, một tính chất mà cho đến gần đây vẫn cho là đặc quyền của sắt, ni-ken, co-ban và một vài hợp kim hiếm. Sau khi nhận thấy vấn đề, các mẫu chứa một lượng không đáng kể tạp chất từ tính, các nhà nghiên cứu bắt tay vào công việc.

{loadposition article}

“Chúng tôi xem xét các điện tử và các trạng thái điện tử liên hệ với nhau như thế nào,” Ohldag giải thích. Sử dụng kỉ thuật chụp ảnh thay đổi, họ kiểm tra những mẫu graphite, vật liệu được dùng làm đầu bút chì. Một mẫu như vậy có thể được dùng làm bia để bắn proton, như trong khám phá sự từ tính của các-bon được thực hiện năm 2007 còn mẫu khác thì không. Các nhà nghiên cứu cũng đặt cả hai mẫu graphite vào trong từ trường. Không chỉ mẫu được chiếu xạ bằng proton quay trong từ trường, mà mẫu còn lại cũng có hành xử tương tự.

“Từ tính của bề mặt graphite mạnh tương đương với một chất thuận từ thông thường,” Ohldag cho biết.

Đầu bút chì cũng có từ tính như sắt, coban?

Các nhà nghiên cứu cũng lần theo dấu vết của sự nhiễm từ đến từ các nguyên tử hi-đrô liên kết ở bề mặt các-bon. “Có rất nhiều phân tử hi-đrô tích trữ trong graphite”, Ohldag nói. Các phân tử hi-đrô này bị phân cực và làm nhiễu sự ngăn nắp vốn có của cấu trúc điện tử của các-bon, tạo ra khả năng nhiễm từ. Điều này có thể nhận thấy ở bất kỳ cấu trúc graphite nào, nhưng khả năng này sẽ càng tăng nếu được chiếu xạ proton một cách tỉ mỉ. Không chỉ proton, điện tử hoặc ion cũng sẽ làm tốt điều này vì đều có thể làm phân cực phân tử hi-đrô.

Thực tế, khối graphite với kích cỡ 5mm mà nhóm của Ohldag thí nghiệm chưa phải là tối ưu để tạo thành một nam châm mạnh nhưng “nó đã có một momen từ lớn,” Ohldag cho biết. Nói cách khác, kết quả chi ra rằng từ tính ở bề mặt của một mẫu graphite được chiếu xạ proton có thể đạt đến cường độ từ tính của ni-ken. Sự hạn chế của bề mặt này gợi ý cho một ứng dụng phù hợp: các thiết bị nano, tạo ra các linh kiện điện tử nhẹ hơn, nhỏ hơn hoặc thậm chí các thành phần cơ bản của các máy tính lượng tử.

“Từ tính mạnh trên bề mặt không phải là vấn đề nếu bạn làm cho nó nhỏ lại, Ohldag cho biết, “vì khi đó bạn chỉ có các bề mặt.”

Một trong những đích đến kế tiếp của nghiên cứu, theo Ohldag, là nghiên cứu tính chất từ của graphene, một tấm các-bon chỉ dày một nguyên tử và là một bề mặt lý tưởng.

Tác giả: Lori Ann White

Xem thêm trên physorg.com