Từ đơn phân tử mở ra cánh cửa mới cho ngành công nghệ thông tin

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Nghiên cứu gần đây do các nhà khoa học tại Ý và Pháp thực hiện chỉ ra rằng các đơn phân tử có khả năng lưu trữ thông tin khi chúng ở điều kiện có từ tính, công trình nghiên cứu là bước tiến đầu tiên để tạo ra thế hệ mới của công nghệ lưu trữ siêu dữ liệu dựa trên các đơn phân tử.

Dùng phương pháp phân tích tia X, nhóm nghiên cứu thấy rằng các phân tử chứa sắt có thể tạo bộ nhớ từ khí được gắn lên bề mặt vàng kim loại. Phát hiện này là một cơ sở cần thiết dẫn đến khả năng lưu dữ liệu từng bit một trên các đơn phân tử hơn là các biến trở hay bóng bán dẫn có kích thước lớn hơn rất nhiều.

Nghiên cứu được đăng trên số ra tháng 3.2009 của tạp chí Nature Materials.

“Nghiên cứu của chúng tôi đã mở ra một cánh cửa mới cho việc nghiên cứu các phân tử mang từ tính được gắn lên các bề mặt dẫn điện mà hiện giờ nhờ nó mà các nhà khoa học có thể nghiên cứu các tương tác cơ bản của quá trình vận chuyển electron và từ tính ở cấp độ phân tử," đồng tác giả tham gia nghiên cứu, ông Roberta Sessoli từ đại học Florence cho PhysOrg cho biết.

Các nhà khoa học đã sắp xếp thành công các phân tử trên bề mặt dẫn điện mà trước công trình này họ chưa thể xác định được liệu các phân tử đó có giữ lại các đặc điểm từ tính hay không: tức là khả năng “nhớ” lịch sử từ hóa ở cấp độ phân tử mà người ta quen gọi là hiện tượng trễ từ. Không chỉ không nghiên cứu đựơc bao quát các nhóm phân tử có hóa tính kém ổn định trên bề mặt mà các nhà khoa học còn thiếu công cụ để nghiên cứu chúng.

Như trong báo cáo, Sessoli và các đồng nghiệp đã chứng minh bức xạ synchrotron - ánh sáng phát ra khi các phân tử mang điện tích được tăng tốc đến gần tốc độ ánh sáng trên một diện tích bề mặt rộng - là công cụ lý tưởng để nghiên cứu các chất liệu này. Synchrotron có thể cho ra nhiều loại ánh sáng từ sóng vô tuyến đến tia ga-ma.

Bằng cách sử dụng phương pháp tự lắp ghép bắt đầu với các phân tử hòa tan, chúng lắng đọng một lớp đơn phân tử sắt Fe, mà cụ thể là Fe4, một phân tử hình trục chong chóng trên bề mặt của vàng kim loại.

Tại hai cơ sở nghiên cứu synchrotron BESSY ở Đức và SLS Thụy Sỹ, nhóm nghiên cứu làm lạnh lớp đơn phân tử này xuống nghiệt độ vô cùng thấp, chỉ vài độ K (xấp xỉ bằng -270 độ C) và đặt nó vào một đường dẫn dày đặc ánh sáng tia X do synchrotron tạo ra. Nhờ phân tích cách thức các tia X tương tác với mẫu vật, nhóm nghiên cứu đã thu được thông tin cụ thể về đặc điểm từ tính của phân tử dù chỉ có một khối lượng ít ỏi các phân tử đó có mặt trên bề mặt đó.

Các nhà nghiên cứu đã dùng máy quang phổ hấp thụ tia X (XAS), trong đó phần năng lượng photon được chuyển vào một dãy mà chúng có thể kích thích các electron nhân của loại hạt nhân được chọn, trong hợp này là sắt. Trong khi XAS dò theo trạng thái điện tử của các phân tử kết tủa, đặc điểm từ tính của chúng có thể phát hiện bởi các phần tử lưỡng sắc dạng tròn có từ tính (XMCD).

XMCD giúp đo mức độ mẫu vật phản ứng với ánh sáng tia X ra sao - ánh sáng phân cực dạng vòng tròn (các tia sáng sẽ quay theo hướng trái khi truyền về phía trước) khác với ánh sáng phân cực dạng vòng bên phải, khi mẫu vật đuợc đặt trong một từ trường. Phương pháp này được xem là tối ưu vì nó có thể giúp các nhà nghiên cứu biết rằng đặc điểm từ tính của các phân tử, như mỗi vòng quay của phân tử, một đặc điểm bên trong của mỗi nguyên tử, phân tử mà chỉ truyền năng lượng với một từ trường rất nhỏ, ví dụ như một thanh nam châm nhỏ xíu.

Các nhà nghiên cứu đã so sánh các kết quả đo của XAS và XMCD. Tình trạng từ đơn của phân tử bị ảnh hưởng bởi sự lắp ghép của các phân tử lên bề mặt vàng kim loại. Các nhà nghiên cứu cũng hi vọng sẽ thấy được những thay đổi đáng kể trong tỉ lệ XAS/XMCD so với mẫu vật lớn hơn nhưng kết quả họ không quan sát được gì cả.

(Theo Tạp chí Hoạt động Khoa Học)