Các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản cho biết họ vừa tạo ra những tinh thể silicon hình tổ ong 2D tương tự như chất liệu gốc carbon graphene. Đây là lần xuất hiện lần thứ hai của chất liệu được đặt tên là “silicene”: lần xuất hiện thứ nhất được báo cáo hồi tháng 4 bởi một nhóm nghiên cứu độc lập ở châu Âu. Nghiên cứu của các tác giả người Nhật cho thấy có lẽ tương đối dễ làm thay đổi cấu trúc của silicene bằng cách thay đổi chất nền mà nó lớn lên trên đó – như vậy cho phép tạo ra nhiều phiên bản khác nhau của silicene với nhiều tính chất điện tử hữu ích đa dạng. Tuy nhiên, không phải nhà khoa học nào cũng tán thành rằng chất liệu mới này thật sự là silicene.
Graphene là một mạng lưới carbon hình tổ ong chỉ dày một nguyên tử và kể từ khi khám phá ra nó hồi năm 2004, chất liệu này tỏ ra có nhiều tính chất hấp dẫn và hữu ích. Đồng thời là chất liệu được chọn trong ngành công nghiệp điện tử, silicon nằm ngay bên dưới carbon trong bảng tuần hoàn hóa học. Vị trí này cho thấy nếu các nguyên tử silicon lắng thành một lớp trên một bề mặt thích hợp, chúng có thể tự sắp xếp thành một mạng lưới hình tổ ong để tạo ra silicene – chất liệu có các tính chất tương tự như graphene.
Ảnh chụp hiển vi quét chui hầm của silicene trên zirconium diboride. Ô cơ sở của mạng tinh thể zirconium-diboride được phác họa bằng màu xanh lá cây, còn mạng lưới silicene hình tổ ong thì có màu xanh lam. (Ảnh: APS)
Silicon lớn lên trên bạc
Chất liệu này lần đầu tiên được tạo ra bởi một đội nghiên cứu ở Italy, Đức và Pháp, trong đó có Paola de Padova thuộc Consiglio Nazionale delle Ricerche-ISM ở Rome. De Padova và các đồng sự đã cho lắng silicon trên một tinh thể bạc và tìm thấy màng mỏng đó có cấu trúc và tính chất điện tử như trông đợi của silicene.
Nay một đội khoa học ở Nhật Bản đứng đầu là Yukiko Yamada-Takamura thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Cao cấp Nhật Bản ở Ishikawa cho biết họ vừa tạo ra một dạng cải tiến của silicene trên một chất nền zirconium diboride. Khác biệt căn bản với công trình trước đây là trong khi bạc có hằng số mạng rất giống như trông đợi của silicene, nhưng hằng số mạng của zirconium diboride thì hơi khác. Hệ quả là silicene lớn lên trên bạc có cách sắp xếp nguyên tử phẳng, kiểu như graphene, và có các tính chất rất giống với graphene. Mặt khác, silicene trên zirconium diboride có một cấu trúc mạng bị biến dạng.
Chính khả năng làm biến dạng mạng silicene này đã phản lại Yamada-Takamura và các đồng sự. Đây là cái khác với cấu trúc graphene, nó rất bền. Tính bền này là một trở ngại vì việc làm thay đổi cấu trúc của graphene có thể mang lại cho các nhà nghiên cứu một cách tạo ra một dải khe điện tử ở chất liệu mệnh danh thần kì này – một phát triển sẽ cho phép graphene được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử quan trọng.
Dẻo ở cấp độ nguyên tử
Đội nghiên cứu đã mô tả silicene là rất “dẻo” và cho biết người ta có thể xử lí cấu trúc của nó theo những kiểu hầu như không thể làm với graphene. “Bạn có thể cuộn tròn một tấm graphene hay cái gì đó tương tự như thế,” Yamada-Takamura giải thích, “nhưng cái chúng tôi muốn nói với từ dẻo là silicene có thể linh hoạt về mặt nguyên tử, nên các nguyên tử có thể dịch ra khỏi mặt phẳng đó.” Sự bật ra khỏi mặt phẳng như thế này dẫn tới những tính chất điện tử rất khác và bằng cách cho lắng silicon trên nhiều chất nền khác nhau, các nhà nghiên cứu tin rằng họ có thể tạo ra cả một họ hàng nhà silicene mang lại nhiều tính chất điện tử khác nhau.
De Padova cảm thấy ấn tượng trước nghiên cứu mới này, nhưng ông cảnh giác trước việc mô tả chất liệu mới trên là silicene. “Tôi nghĩ bài báo đó có sức hấp dẫn bởi vì, trên nguyên tắc, có bằng chứng cho sự lớn lên của silicene, chẳng hạn, trên zirconium diboride chứ không phải trên bạc.” Tuy nhiên, bà có phần miễn cưỡng xác nhận kết luận của các nhà nghiên cứu trên rằng chất liệu của họ là một dạng biến tính của silicene. Bà cũng nghi ngờ trước phần trình bày của bài báo rằng các tính chất của silicene có thể biến đổi bằng sức căng mọc ghép. Bà cho rằng, thay vậy, chất nền đó đã tạo ra trên bề mặt zirconium diboride rốt cuộc có lẽ chẳng phải là silicene. Yamada-Takamura thì cho rằng “điều đó tùy thuộc vào bạn định nghĩa silicene như thế nào”.
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Hoài Ân – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com
