Lần đầu tiên, các nhà khoa học liên kết thành công vật liệu siêu dẫn với vật liệu bán dẫn

Các nhà khoa học vừa kết hợp thành công hai vật liệu của tương lai: một lớp bán dẫn siêu mỏng, có bề dày tương đương một nguyên tử; và một vật liệu siêu dẫn có thể dẫn điện với điện trở bằng “0”.

Cả hai đều có những thuộc tính tuyệt vời, và thông qua việc kết hợp chúng với nhau trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học hy vọng mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong vật lý cổ điển và lượng tử.

Chất bán dẫn là chìa khóa tạo ra các thiết bị điện tử trong cuộc sống của chúng ta, từ tivi đến điện thoại. Khả năng dẫn điện của chúng có thể được điều chỉnh bằng nhiều cách, đơn giản nhất là giữ chúng ở điện thế nhất định, đem lại khả năng dễ dàng bật/tắt dòng điện đi qua. Trong thử nghiệm mới, các nhà khoa học đã trích xuất một lớp mỏng chất bán dẫn molybdenum disulfide (MoS2) và bổ sung lớp này vào quá trình tổng hợp vật liệu.

Chất siêu dẫn là các chất có khả năng truyền điện với độ trở bằng không, không sinh nhiệt, nhưng chỉ hoạt động ở điều kiện nhiệt độ rất thấp. Trong thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu sử dụng chất siêu dẫn molybdenum rhenium (MoRe), hy vọng quan sát được một hiện tượng vật lý hoàn toàn mới khi kết hợp 2 vật liệu.

Theo lời nhà vật lý học Andreas Baumgarter tới từ Đại học Basel, thì trong chất siêu dẫn, các electron tự sắp xếp thành các cặp; trong chất bán dẫn, các electron di chuyển một mình trên các quãng đường riêng tương ứng với mô-men từ của chúng. 

“Chúng tôi đặt câu hỏi liệu electron sẽ di chuyển ra sao khi kết hợp 2 vật liệu với nhau”.

Nhóm nghiên cứu phát hiện hiện tượng liên kết mạch giữa hai lớp vật liệu khi nhiệt độ ở mức -273,15°C, gần độ 0 tuyệt đối.. Mehdi Ramezani, thành viên nhóm cho biết đây chính là thứ mà họ tìm kiếm, nhưng đến giờ mới thực hiện được. Để gắn kết hai lớp vật liệu với nhau ban đầu không đơn giản – chúng được xếp lớp như sandwich, với lớp cách điện bên trên và dưới, với lỗ được đục ở lớp cách điện để tạo ra tiếp xúc điện cực. 

Chất siêu dẫn sẽ lấp đầy lỗ này, quá trình được thực hiện trong hộp kín khí chứa đầy ni-tơ lỏng để ngăn trường hợp thiết bị tổn thương trong quá trình thí nghiệm. Các nhà khoa học phải sử dụng tay điều khiển từ xa siêu nhỏ để hoàn thành quy trình dưới kính hiển vi.

Đây lần đầu tiên một loại vật liệu bán dẫn với điện trở bằng không được tổng hợp. Thành quả giúp các nhà khoa học tỏ ra hứng thú với tiềm năng tạo ra các loại siêu vật liệu khác nữa.

Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nano Letters.

Theo ScienceAlert