Công nghệ điêu khắc nano từ tinh thể đơn

Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Vật chất Tiên tiến RIKEN (Nhật Bản), phối hợp cùng các cộng sự quốc tế, đã phát triển một kỹ thuật chế tạo thiết bị ba chiều ở quy mô nano trực tiếp từ tinh thể đơn. Phương pháp này sử dụng chùm ion hội tụ (focused ion beam) để khắc vật liệu với độ chính xác dưới micron, cho phép tạo hình cực kỳ tinh vi.

Tinh thể từ tính Co₃Sn₂S₂ và diode xoắn

Trong thử nghiệm, nhóm đã tạo ra các cấu trúc xoắn ốc từ vật liệu từ tính topological cobalt-tin-sulfur (Co₃Sn₂S₂). Kết quả cho thấy các cấu trúc này hoạt động như những diode có thể chuyển đổi, cho phép dòng điện đi dễ dàng theo một chiều hơn chiều ngược lại. Đặc biệt, hiệu ứng này có thể đảo ngược bằng cách thay đổi từ hóa hoặc chiều xoắn của cấu trúc.

Ngoài ra, các xung điện mạnh còn có khả năng đảo chiều từ hóa của thiết bị – một hiện tượng quan trọng vì diode vốn là thành phần cốt lõi trong điện tử hiện đại, từ chuyển đổi AC/DC, xử lý tín hiệu cho đến công nghệ LED.

Hình dạng quyết định dòng điện

Qua việc thử nghiệm các cấu trúc xoắn với kích thước khác nhau và ở nhiều mức nhiệt độ, các nhà khoa học nhận thấy hành vi diode xuất phát từ sự tán xạ electron không đồng đều dọc theo bề mặt cong. Điều này chứng minh rằng hình dạng vật lý của linh kiện có thể trực tiếp ảnh hưởng đến cách dòng điện di chuyển.

Khám phá này mở ra hướng thiết kế mới cho các thiết bị điện tử tiết kiệm năng lượng, ứng dụng trong bộ nhớ, logic và cảm biến.

Hình học trở thành nguyên tắc thiết kế

Tác giả chính Max Birch nhận định: “Bằng cách coi hình học như một yếu tố phá vỡ đối xứng ngang hàng với đặc tính vật liệu, chúng tôi có thể tạo ra hiệu ứng điện tử phi đối xứng ngay ở cấp độ thiết bị.”

Giáo sư Yoshinori Tokura, trưởng nhóm nghiên cứu, bổ sung: “Cách tiếp cận này cho phép kết hợp các trạng thái điện tử topo hoặc tương quan mạnh với hình dạng cong được thiết kế, mở ra kiến trúc thiết bị mới có tiềm năng tác động lớn đến công nghệ bộ nhớ, logic và cảm biến.”