Các nhà vật lí ở Mĩ vừa đề xuất một phương pháp chế tạo “áo tàng hình electron” – một vật vô hình trước các electron. Được truyền cảm hứng từ những áo tàng hình che giấu các vật trước ánh sáng hoặc sóng âm, áo tàng hình electron sẽ gồm một cấu trúc nhỏ xíu có kích cỡ chừng bằng bước sóng của những electron mà nó muốn che giấu. Mặc dù thiết kế chưa từng được kiểm tra trong phòng thí nghiệm, nhưng nó có thể dùng để chế tạo những dụng cụ điện tử mới lạ và có lẽ còn giúp phát triển những chất liệu nhiệt điện tốt hơn cho hiệu suất khai thác và biến đổi năng lượng cao hơn.
Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo “áo tàng hình” che giấu các vật trước sóng điện từ. Những cái áo tàng hình như vậy làm từ những “siêu chất liệu”, những cấu trúc nhân tạo có quang tính đặc biệt như chiết suất âm. Những cấu trúc này được sắp xếp theo một kiểu sao cho các sóng tới chảy nhẹ nhàng vòng qua áo, gặp nhau ở phía bên kia như thể cái áo không có mặt ở đó. Nguyên lí tương tự cũng được áp dụng để chế tạo áo tàng hình trước sóng âm.
Các “đường dòng” của thông lượng xác suất electron hành xử như thể các hạt nano không có mặt ở đó. (Ảnh: Physical Review Letters)
Nhân và vỏ
Theo cơ học lượng tử, các electron hành xử giống như sóng, và nay những tính toán mới của Gang Chen và các đồng sự tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho thấy áo tàng hình trước electron là có thể chế tạo được. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra một thiết kế thực tế sẽ làm bằng những hạt nano gồm một cái nhân bên trong và một lớp vỏ bên ngoài. Hạt nano nhân-vỏ đó có thể nhúng trong một chất bán dẫn chủ, để nó không làm méo dòng chảy của các electron.
Các electron thường truyền đi dưới dạng sóng trên một khoảng cách nhất định trước khi phân hủy pha sóng của chúng. Trên cái gọi là chiều dài truyền kết hợp này, các hạt biểu hiện hành trạng sóng đặc trưng, ví dụ như sự chồng chất biên độ (hay giao thoa).
Làm phản xạ sóng electron
“Trong thiết kế áo tàng hình electron của chúng tôi, các hạt nano nhân-vỏ về cơ bản mang lại những tiếp giáp bội, nơi các sóng electron bị phản xạ,” giải thích của thành viên đội nghiên cứu Bolin Liao. “Qua sự nắn kĩ lưỡng của các tiếp giáp đó, các sóng electron bội đi ra từ các tiếp giáp có thể giao thoa triệt tiêu với nhau và hủy mất sự phản xạ toàn phần gần như hoàn toàn. Những sóng electron có ‘năng lượng thích hợp’ khi đó có thể truyền qua cấu trúc hạt nano mà không bị phản xạ, như thể chẳng có cái gì trên đường đi của chúng.” Các cấu trúc hạt nano có kích cỡ chừng bằng bước sóng của bản thân các electron – khoảng 10 nm trong nghiên cứu MIT.
Những cái áo tàng hình electron như vậy có thể có ứng dụng ở những nơi cần có độ linh động electron cao, ví dụ như trong điện tử học bán dẫn. Chen nói, “Chúng tôi còn có thể thiết kế những công tắc điện tử mới lạ chuyển từ trạng thái nhìn thấy (cấu trúc ‘mở’) sang cấu trúc vô hình (‘đóng’).”
Đội nghiên cứu hiện đang tất bật triển khai lí thuyết của họ vào thực tế, bằng cách thử chế tạo những áo tàng hình electron hạt nano nhân-vỏ thật sự. “Chúng tôi cũng đang xét việc mở rộng ý tưởng của chúng tôi cho những cấu trúc thấp chiều hơn,” Mona Zebarjadi, một thành viên đội nghiên cứu cho biết.
Tham khảo: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i12/e126806
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: physicsworld.com
