Sự thịnh hành của
các thiết bị điện tử đã làm thay đổi cuộc sống ở thế kỷ 21. Điểm mấu chốt của
những thiết bị này là sự di chuyển electron qua các vật liệu. Các khoa học gia
ngày nay tiếp tục phát hiện những cách mới để xử lý và di chuyển electron theo
yêu cầu để làm cho các thiết bị hoạt động nhanh hơn và tốt hơn.
Các khoa học gia do giáo sư
Keshav Dani thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) thuộc Trường Đại học
Graduate dẫn đầu đã chứng minh một cơ chế mới có khả năng cho phép điều chỉnh
electron theo tỷ lệ không gian nanomet (10 lũy thừa -9 của một mét) và tỷ lệ
thời gian femto giây (10 lũy thừa -15 của một giây) bằng cách sử dụng ánh sáng.
Nghiên cứu này đã được đăng trên tạp chí Science Advances.
Khi một điện áp được gắn vào các
vật liệu bán dẫn thì phát ra một điện trường hướng dẫn các electron lưu thông
qua những vật liệu này. Tiến sĩ E Laine Wong đến từ OIST và các cộng sự đã sử
dụng một hiện tượng vật lý có tên là hiệu ứng quang điện bề mặt để đem lại những
điện trường trên bề mặt vật liệu. Hiệu ứng quang điện bề mặt là một hiệu ứng mà
điện thế bề mặt của các vật liệu có thể thay đổi được bằng cách thay đổi cường
độ ánh sáng. “Bằng cách tận dụng tính không đồng nhất về cường độ của một tia
laser, chúng tôi xử lý điện thế bề mặt cục bộ để tạo ra một điện trường thay đổi
theo không gian. Điều này cho phép chúng tôi điều khiển sự lưu thông của các
electron, E Lain echo biết.
Bằng cách kết hợp quang phổ femto
giây với các kỹ thuật kính hiển vi điện tử, E Laine và các cộng sự đã làm một bộ
phim về sự lưu thông của các electron trong phạm vi thời gian femto giây. Điển
hình, ở quang phổ femto giây, một tia laser cực nhanh lần đầu tiên được sử dụng
để kích thích các electron ở mẫu. Một laser cực nhanh thứ hai sau đó được chiếu
sáng lên mẫu để theo dõi sự tiến hóa của các electron bị kích thích này. Kỹ
thuật này đã cho phép các khoa học gia có thể nghiên cứu động lực học của các
electron bị kích thích ở phạm vi thời gian rất ngắn. Việc kết hợp một kính hiển
vi điện tử cung cấp thêm cho các nhà khoa học một giải pháp không gian cần thiết
để trực tiếp chụp lại sự di chuyển của các electron bị kích thích. “Việc kết hợp
hai phương pháp này với các giải pháp không gian và thời gian đã cho phép chúng
tôi ghi lại một bộ phim về các electron được hướng dẫn để lưu thông theo hướng
ngược lại”, E Laine cho biết.
Các kết quả nghiên cứu này cũng
hứa hẹn sẽ điều chỉnh sự di chuyển của các electron vượt qua những hạn chế của
ánh sáng bằng cách sử dụng những biến đổi cường độ không gian của tia laser. Cơ
chế này vì thế có thể được sử dụng để điều khiển những mạch điện tử có quy mô
nano. Giáo sư Dani và nhóm nghiên cứu hiện đang tiến hành xây dựng một thiết bị
cực nhanh ở quy mô nano dựa trên cơ chế mới phát hiện này.
AT (ScienceDaily)