Các nhà nghiên cứu tại Đại học Osaka ở Suita, Nhật Bản, đã phát minh ra một phương pháp mới để cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện tử. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Applied Electronic Materials liên quan đến việc đặt một siêu vật liệu (metamaterial) có tên là vanadium dioxide (VO₂), lên trên một chất nền truyền thống như silicon.
Vật liệu này rất thú vị vì nó có thể thay đổi linh hoạt giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Khi VO₂ nóng lên, các vùng nhỏ giống như kim loại hình thành và mở rộng trong hợp chất. Bằng cách kiểm soát nhiệt độ, các vùng kim loại này hoạt động như các điện cực điều chỉnh được “sống”. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm tính chất này bằng cách tạo ra một máy dò quang terahertz có chứa VO₂. Tác giả chính Ai Osaka đã giải thích điều này với Tech Xplore.
“Một phương pháp xử lý chính xác đã được sử dụng để chế tạo một lớp VO₂ chất lượng cao trên chất nền silicon. Kích thước của các miền kim loại trong lớp VO₂, lớn hơn hàng chục lần so với những gì đã đạt được trước đây, được kiểm soát thông qua điều chỉnh nhiệt độ, từ đó điều chỉnh phản ứng của chất nền silicon với ánh sáng terahertz.”
Một đặc tính khác của vật liệu này là khả năng khuếch đại dòng điện thông qua “hiệu ứng tuyết lở”. Khi VO₂ tập trung điện trường vào các khoảng trống nhỏ giữa các vùng kim loại, nó sẽ kích hoạt một chuỗi phản ứng chuyển động của electron, tạo ra sự tăng cường tín hiệu đáng kể. Ngay cả các xung terahertz yếu cũng được khuếch đại đáng kể, làm cho máy dò quang có độ nhạy cao. Đồng tác giả Azusa Hattori cho biết: “Làm nóng máy dò quang đến 56°C đã dẫn đến sự tăng cường tín hiệu mạnh mẽ”.
Ngoài việc cải thiện khả năng phát hiện terahertz, các nhà nghiên cứu tin rằng các nhà sản xuất có thể tích hợp các thiết bị dựa trên VO₂ vào các công nghệ bán dẫn hiện có với những sửa đổi tối thiểu. Về mặt lý thuyết, các thiết bị có thể sử dụng điều khiển nhiệt độ chính xác để kích hoạt động sự chuyển pha trong VO₂ để thao tác với các tín hiệu điện tử. Công nghệ này có thể mang lại lợi ích cho các nền tảng nơi cần các thành phần mạch có thể thích ứng, chẳng hạn như điện toán có thể cấu hình lại hoặc các hệ thống hình ảnh tiên tiến.
Khả năng tinh chỉnh các đặc tính điện của vật liệu khiến nó trở thành một ứng cử viên hấp dẫn cho các hệ thống truyền thông không dây thế hệ tiếp theo. Dải terahertz nằm giữa bức xạ vi ba và hồng ngoại, mà các công ty viễn thông đang khám phá để truyền dữ liệu cực nhanh. Các thiết bị phát hiện và điều biến tín hiệu terahertz hiệu quả có thể đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển mạng 6G trong tương lai.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cấu trúc mới này có một số khả năng điều chỉnh điện tự nhiên tích hợp (điện dung và điện cảm). Vật liệu này có thể mở ra các thiết bị điện tử mới có thể điều chỉnh linh hoạt hành vi của chúng, bao gồm các cảm biến cải tiến, truyền thông tốc độ cao và điện toán thế hệ tiếp theo.
Bằng cách tận dụng các đặc tính chuyển pha độc đáo của VO₂, các nhà khoa học đang mở đường cho các linh kiện điện tử cải tiến có thể cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp. Nghiên cứu nhấn mạnh tiềm năng của việc kết hợp siêu vật liệu với chất bán dẫn truyền thống, mở khóa các chức năng mới mà trước đây khó đạt được.
Be the first to comment