Graphene chịu được mật độ dòng điện gấp 1.000 lần vật liệu thường, tương lai cho đồ điện tử siêu nhanh đang rộng mở

Graphen được coi là thứ vật liệu của tương lai với khả năng siêu cứng, siêu dẫn và tưởng chừng như năm 2016 này không còn làm chúng ta ngạc nhiên hơn được nữa, thì graphene đã lại một lần nữa làm các nhà khoa học bất ngờ.

Nếu như bạn chưa rõ về graphene, thì đây là một lời giải thích ngắn gọn đằng sau thứ vật liệu được kì vọng rất nhiều này: graphen là một vật liệu chỉ gồm một lớp nguyên tử, nhẹ và linh hoạt nhưng lại cứng hơn thép tới 200 lần, cùng với đó là khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời. Graphene có thể áp dụng được trên rất nhiều lĩnh vực, từ công nghệ điện tử, máy tính cho đến năng lượng tái tạo và xử lí môi trường.

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học đến từ Áo chỉ ra rằng graphene có thể chịu đựng được một dòng điện lớn hơn trước đây từng thử nghiệm rất nhiều và hiển nhiên, khả năng này lớn hơn các vật liệu thông thường rất rất nhiều. Đây sẽ là một ứng dụng tuyệt vời khiến graphene trở thành viên gạch nền móng cho các thiết bị điện tốc độ cực cao.

“Mật độ của dòng điện hiện tại mà graphene chịu được đã lớn hơn 1.000 lần so với mức khiến cho vật liệu thông thường bị hủy hoại hoàn toàn trong điều kiện thường”, bà Elisabeth Gruber thuộc ban nghiên cứu tại Viện Khoa học Ứng dụng tại TU Wien, Úc nói. “Graphene đã có thể chịu đựng được dòng điện cực mạnh mà không bị hư hại chút nào”.

Không hổ danh là thứ “vật liệu kì diệu” có thể truyền electron điện mà không chịu chút điện trở nào. Những nghiên cứu mới nhất này không tập trung vào cách mà graphene khiến cho electron chảy hiệu quả như thế nào mà là khả năng gánh vác của thứ vật liệu này – liệu nó có thể chống chịu được dòng điện có mật độ lớn tới mức nào. Cụ thể, là nó có thể truyền được bao nhiêu electron trong một khoảng thời gian ngắn.

Kết quả ấn tượng với con số 1.000 lần thông thường đã cho chúng ta thấy một tương lai sáng lạn của vật liệu dẫn điện.

Để tìm hiểu kĩ hơn về khả năng này, các nhà nghiên cứu đã bắn những ion xenon mang điện tích dương vào một tấm graphene, khiến một lượng electron lớn bị giật ra khỏi graphene. Để dễ so sánh, bạn hãy tưởng tượng cảnh một quả bóng tennis đập vào một tấm lưới bám đầy bụi.

Một ion xenon có thể làm bật ra khoảng 20 electron ở vùng va chạm. Có thể con số 20 không lớn, nhưng ta phải xét tới việc mỗi nguyên tử carbon chỉ có 6 electron, vì thế con số 20 sẽ có ảnh hưởng rất lớn tới độ ổn định của vật liệu.

Kết quả của thí nghiệm này là những nguyên tử carbon xung quanh nơi va chạm sẽ có điện tích dương rất lớn. Trong vật liệu thông thường, các electron sẽ di chuyển nhanh về phía lỗ thủng để cố gắng tạo nên thế cân bằng về mặt điện tích, nhưng tốc độ di chuyển sẽ không đủ nhanh để sửa, vì thế vật liệu sẽ hỏng.

Nhưng với tấm graphene thì mọi chuyện lại khác. Nó có thể lấp đầy lỗ thủng với những electron mới gần như ngay lập tức, điều đó đồng nghĩa với việc truyền một dòng điện rất mạnh trong một khoảng thời gian rất ngắn. Rất ngắn ở đây tức là ngắn theo kiểu 1/1.000.000.000.000.000 giây (femto giây).

“Tốc độ phản ứng của electron với vật liệu khi bị làm mất cân bằng bởi ion xenon là cực kì nhanh”, nhà khoa học Gruber nói. Mật độ dòng điện mà graphene đưa qua lúc đó là lớn hơn gần 1.000 lần sức chịu đựng của bất kì vật liệu nào.

Cũng như mọi khi, vẫn cần những nghiên cứu khác để làm rõ khả năng này của graphene nhưng đây rõ ràng là tin vui với chúng ta, khi mà tương lai của đồ điện tử có tốc độ cực cao đang trở nên rõ ràng hơn bao giờ hết. Không nghi ngờ gì nữa, graphene là vật liệu của tương lai.

Tham khảo ScienceAlert