GIẢI NOBEL VẬT LÝ NĂM 2010 doc

GIẢI NOBEL VẬT LÝ NĂM 2010 Giải NobelVật lý năm 2010được traocho Andre K. Geim và Konstantin S. Novoselov tại Đại họcManchester,Anh “do những thực nghiệm có tính đột phá liên quanđến vậtliệu grafen(graphene)hai chiều”. Giải NobelVật lý năm 2010nhằm tôn vinh hai nhà khoa học gốc Nga có những đóng góp quyết định cho sự phát triển của grafen.Họ đã thànhcông trong việc chế tạo, cô lập,nhận dạngvà xácđịnh đặc tínhcủa grafen. A. K.Geim sinhnăm 1958tại Sochi, Nga. Ông bảo vệ luận án tiến sĩ Vật lí năm 1987tại Viện Vật lí chất rắn, Viện Hàn lâm Khoa học Ngaở Chernogolovka, Nga. Ông là giám đốc Trungtâm Khoa họctrung gianvà Côngnghệ nanô, giáo sư vật lí và giáo sư Hội Hoàng gia LondontạiTrường Vật lí và Thiên văn của Đại học Manchester. Hiện nay,ônglàcông dân Đức. K. S. Novoselovsinh năm 1974tại NizhnyTagil, Nga. Ông bảo vệ luận án tiến sĩ Vật lí năm2004 tạiĐại học Nijmegen, Hà Lan. Ônglà giáo sư và hội viên nghiêncứu Hội Hoàng giaLondon tại TrườngVật lí vàThiên văncủa Đại học Manchester. Hiện nay,ônglàcông dân của cả Anhvà Nga. Novoselov bắt đầulàm việc cùngvới Geim từ khi là nghiên cứu sinhtại Hà Lan. Sauđó, Novoselovtheo Geimtới nướcAnh. Cả hai học tậpvà bắt đầu sự nghiệp củahọ như các nhà vật lí ở nước Nga. Hiện nay họ đều là giáo sư ở Đại học Manchester. Geim và Novoselovđều thích vui đùa. Với cáckhối xâydựng mà họ được tùy ý sử dụng,họ cố gắng phát hiện ra một cái gì mới đôi khichỉ bằngcách cho phép đầuóc của mình langthangkhông mụcđích. Người ta bao giờ cũnghọc được một cái gì đó trong quá trình như thế và aibiết được bạn thậm chícó thể “trúng quả”. Đó là trường hợp 7năm trước đây, Geimvà Novoselov phát hiện ramột băng dính cựctốt từ cảm hứng về khả năngcủa con thằn lằn Gecko cóthể dính chặt vào ngay cả cácbề mặt phẳng nhất.Trước đó, năm 1997Geim tìm cách làmcho một con ếch bay lêntrong từ trường. Đó làmột cáchkhéo léo để minh họa các nguyên lí vật lí. Con ếchbay lên này đã đem lại cho GeimGiải NobelIg năm 2000 “vì làm cho con người trước tiên là cười và sauđó là suy nghĩ”. Một vảy mỏng củacacbon thông thườngvới bề dày chỉ một nguyên tử là đề tài nghiên cứuliên quan đếnGiải NobelVật lí năm 2010. A.K.Geimvà K.S.Novoselov đã chứng tỏ rằng rằngcacbon ở dạngphẳng như vậy có các tính chất khác thườngbắt nguồn từ thế giới đặc biệtcủa vậtlí lượng tử. Các vật liệu tinh thể haichiềugần đây đượcnhiều nhà nghiêncứu quan tâm.Vật liệu đầu tiên trongtrong lớp vậtliệu mới này là grafen.Đó làmột lớp nguyêntử cacbon có bề dày một nguyên tử.Grafen có mộtsố tính chất đặc biệt và do đó, nó đượcđặc biệt chú ýcả về nghiên cứu cơ bản và cácứng dụng tươnglai. Các tính chất điện tử của vật liệu haichiều nàydẫn tớichẳng hạn như hiệu ứng Hall lượng tử bất thường.Nó là một vật dẫn trong suốt cóbề dày chỉ cỡ một nguyêntử. Nó cũnggây ra nhữngtươngtự vớivật lý hạtcơ bản trong đó bao hàm một loại chuihầm đặc biệt gọi là chui hầm Klein. Hơn nữa, grafen có một số tính chất cơ và tính chất điện kì lạ. Grafen làmột dạngcủa cacbon. Đó là một vật liệu hoàn toàn mới.Grafen khôngchỉ là vậtliệu mỏng nhất màcòn là vật liệu cứngnhất từ trước đếnnay. Nó cứng hơncả thép nhưng lại dễ uốn.Grafendẫn điệntốt như đồng và dẫn nhiệttốt hơntất cả các vậtliệu khác mà con người biết đến. Grafen gầnnhư hoàn toàn trong suốt nhưng lại dày đặc đến mứcngay cả nguyên tử khí nhỏ nhất là hêlicũngkhông thể điqua nó. Do đó, bài báo về grafen côngbố trên tạp chí Sciencevào tháng 10 năm 2004 đã gây ra chấn động lớn trên khắpthế giới. Mộtmặt, các tínhchất kì lạ của grafencho phép các nhà khoahọckiểm tracác nền tảng lí thuyếtcủa vật lí.Mặt khác,grafen có tiềm năng rất lớnvề các ứngdụng thực tế trong đó bao gồm việc tạo ra các vậtliệu mới và việc chế tạo thiết bị điện tử mới. Cacbon chưa chắc là nguyên tố hấp dẫn nhất trong Bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Nó là cơ sở của ADNvà toàn bộ sự sốngtrên TráiĐất. Cacboncó thể tồn tại ở mộtsố dạng khác nhau.Dạng phổ biến nhất của cacbon làgrafit. Grafit bao gồm các lá cacbon với cấu trúc lục giác xếpchồng lên nhau.Kimcương là dạng siêu bền của cacbon tồn tại ở áp suất cao. Một dạng mới của phântử cacbon có tên gọi là fullerene (Giải Nobel Hóa học1996). Dạngphổ biếnnhất của fullerenlà C60. Dạng này chứa 60nguyên tử cacbonvà trông giốngnhư một quả bóng đá được tạo thành từ 20 hình lụcgiác và12 hình ngũ giác màchúng chophép uốncong mặt phẳng thành mặt cầu. Một dạng chuẩn một chiều có liênquan củacacbon là các ống nanô cacbon được biết đến từ một vài thập kỷ trước và cácống nanô có tường có bề dày một nguyên tử bao quanhđược biết đến từ năm 1993.Các ống nanô này có thể được tạo thành từ các lá grafen. Cáclá này được cuộn lại để tạo ra các ống và các đầucủachúng là cácnửa mặtcầu theo cùng một cách như các fulleren. Các tính chất cơ học và điện tử của cácống nanô kimloại với tường cóbề dày một nguyêntử baoquanh có nhiều sự tươngtự như grafen. Grafit bao gồm các lá cacbon có bề dày mộtnguyên tử hình lục giác được xếp chồng lên nhauvà cácnhà nghiên cứu cho rằng không thể chế tạo mộtlá có bề dày một nguyên tử như vậy ở dạngcô lập.Do đó, điều gây ngạc nhiên cho cộng đồngvật lýlà vào năm 2004, Geim,Novoselov và các cộngsự chỉ ra rằng một lớp có bề dày một nguyên tử như vậycó thể bị côlập và nó bền vững.Lớp cacbon có bề dày một nguyên tử là cái chúng ta gọi làgrafen. Các cấutrúc giốnggrafen cũng đã được biết đến từ những năm1960 nhưng có nhữngkhó khăn thực nghiệm trong việccô lập các lớp có bề dày một nguyêntử vàngười ta nghingờ rằng điều này có thể thực hiện được trên thực tế. Không dễ dàng thu được grafen – mộtvật liệu kì diệu cónguồn gốc từ grafit (than chì).Grafen có thể cótrong các bútchì. Tuy nhiên, chúng ta thường khôngnhìn thấynhững cái rõ ràng và đơngiản nhất. Grafenbao gồm các nguyên tử cacbonkết hợpvới nhau thành một mạng phẳng giốngnhư mộthình rỗ tổ ong nhưngchỉ cóbề dày một nguyên tử. Một milimet grafit thực tế gồm ba triệu lớp grafenchồng lên nhau.Các lớp liên kếtyếu với nhauvà dođó có thể dễ dàng bị xé rách vàtách ra. Bất kì ai từng sử dụng bút chì thông thườngđều có thể đã tạo ra các cấu trúc giốnggrafen mà khôngbiết nó. Một bútchì chứa grafit và khi nó dịch chuyển trênmột mảnh giấy, grafit bị xẻ thành các lớp mỏng mà chúngkết thúc trêngiấy và tạo thành vănbản hoặc bức vẽ mà chúng ta cố gắng tạo ra.Một phần nhỏ của các lớp mỏngnày sẽ chỉ chứa một vài lớp hoặc thậm chí là một lớp có bề dày một nguyên tử của grafit, nghĩa là grafen. Như vậy,khó khăn không phải là chế tạo racác cấu trúc grafen màlà cô lập các lá riêngbiệt đủ lớn nhằm nhận dạngvà xácđịnh các đặctính củagrafen và nhằmlàm sáng tỏ các tính chất haichiều duy nhất của nó. Đó là điều mà Geim, Novoselovvà các cộng sự của họ đã thựchiện thành công. Grafenlà lớp nguyên tử cacboncó bề dày một nguyên tử được xếp chặt trong một mạng lục giác (hình rỗ tổ ong) vớikhoảng cáchgiữa hai nguyên tử cacbon là 0,142 nm. Nólà một vật liệu tinhthể hai chiều thực sự đầu tiên vànó đại diện cholớp vậtliệu hai chiều trong đó bao gồm chẳnghạn như các lớpcó bề dày một nguyên tử của nitrua bo (BN)và đisunfuamolipđen(MoS 2 ) được chế tạosau năm 2004. Cấu trúc điện tử của grafen khác với cácvật liệu ba chiềuthông thường. MặtFermi của grafenđược đặc trưng bởi sáu hình nónkép. Tronggrafenthuần túy (không pha tạp), mức Fermi nằmtại các điểm nối củacác hình nón này.Do mật độ trạngthái củavật liệu bằng không ở điểm đó, độ dẫn điện của grafenthuần túy khá thấpvà có bậc của lượngtử độ dẫn s~ e 2 / h trong đó h làhằng số Planck và giá trị chính xác của hệ số tỷ lệ còn đang tranh luận.Tuy nhiên, có thể thay đổimức Fermibằng điện trường saocho vật liệu trở thành vật liệu n phatạp (với các điện tử) hoặc p phatạp (với các lỗ trống) phụ thuộc vào chiều phâncực củatrường tác dụng.Grafen cũngcó thể đượcpha tạp bằng cách hấp phụ chẳng hạn như nước trên bề mặt củanó. Độ dẫn điện củagrafen phatạp là khá cao và ở nhiệt độ phòng thậmchí nó cóthể cao hơn độ dẫn điện của đồng. Gần sát mức Fermi, các hệ thức tán sắccủa các điện tử và các lỗ trống là tuyến tính. Do các khối lượng hiệu dụngđược chobởi độ cong của cácvùng năng lượng, điều nàytương ứng với khối lượnghiệu dụngkhông.Phương trình mô tả các kích thích trong grafenvề hìnhthứcgiống như phương trình Diracđối với các fecmionkhông có khối lượngchuyển độngvới vận tốc không đổi. Cácđiểm nối của các hìnhnón dođó được gọi là các điểm Dirac. Điều này dẫn đếncác tương tự lý thú giữagrafenvà vật lí hạtcơ bản. Những tươngtự này đúng đối vớicác năng lượng lên tớigần 1eV và khi đó các hệ thức tánsắc bắtđầu trở thành phi tuyến. Một kết quả của hệ thức tán sắc đặcbiệt này làhiệu ứng Hall lượng tử trở thành bất thườngtrong grafen. Grafen thực tế là trong suốt. Trong vùng quang, nó chỉ hấp thụ 2,3% ánh sáng.Thực ra số này được cho bởi pa,trongđó alà hằng số cấu trúc tinh tế xác định độ lớn củalực điện từ. Ngược với các hệ haichiều dựa trên các chất bán dấn ở nhiệt độ thấp, grafengiữ các tính chất haichiều củanó ở nhiệt độ phòng. Grafencũng có một số tính chất lý thú khácgiống như các ống nanôcacbonnhư cứng hơnthép,dễ kéo giãn vàuốn cong,dẫn nhiệt tốt hơn cả bạc. Grafencũng đã được nghiên cứuvề mặt lý thuyết bởi P.R.Wallacenăm 1947 như một vídụ sách giáokhoa đối với các tínhtoán trong vật lí chất rắn.Ông đã dự đoán cấu trúc điện tử và lưuý hệ thức tánsắc tuyến tính. Phươngtrình sóng đối với các kích thích đã được đưara bởi J.W.McClure năm 1956và tính tương tự với phương trình Dirac đã được thảoluận bởi G.W.Semenoff năm 1984. Trướcnăm 2004,các nhà nghiên cứu chorằng không thể côlập của các lá grafenbền vững. Một điều làmcho các nhà vật lí hết sức ngạc nhiên là nhóm của Geim,Novoselov cùng các cộng sự tại Đại họcManchestervà ViệnCông nghệ vi điện tử ở Chernogolovka (Nga)đã làm được điều này một cáchchính xác.Họ đã công bố các kết quả của họ trên tạp chí Science vào tháng 10năm 2004. Trongbài báo này, họ đã mô tả việc chế tạo, nhận dạng và biểu thị đặctrưng của grafen. Họ đã sử dụng một phương pháp trócvảy cơ học đơngiản nhưng cóhiệu quả để lấy các lớp grafitmỏng ra khỏi một tinh thể grafit với băng Ê cốt và sau đó gắn các lớp này lên chất nền silic. Phương pháp nàydo nhóm của R.Ruoffđề xuấtđầu tiên nhưng nhóm nàykhôngthể tạo ra bất kì đơnlớp nào.Nhóm Manchester đã thành công bằng cách sử dụngmộtphương pháp quangvà nhờ đó có thể tạo ra các mảnh nhỏ chỉ gồmmột vài lớp. Trongmột số trường hợp,các vảy này đượctạo thànhchỉ từ lớp có bề dày một nguyên tử, nghĩa là tạo ra đượcgrafen. Hơn nữa, họ tìm cách khuôn grafen vào trong một thanhHall và nối các điện cực với nó. Theo cách này,họ cóthể đo đượcđiện trở dọc vàđiện trở Hall.Một số liệu quantrọnglà hiệu ứng trườnglưỡng cựctrong đó điện trở đo được là hàm của điện trườngtheo hướng vuông góc với mẫu.Điện trở suất của lá có một cực đại và giảm xuống ở cả haiphía của cực đại.Điều này chỉ ra sự phatạp tăng lêncủa các điện tử về phía bên phải vàcác lỗ trống về phía bên trái của cực đại. Lưu ý rằng điện trở suất cựcđại của lá cỡ 9 kWmà nó có bậc độ lớn của lượngtử điện trở. Một khicông nghệ để chế tạo, nhận dạngvà gắn các cực vào các lớp grafenđã đượcthiết lập,cả nhóm Manchestervà và các nhóm khác nhanhchóng tạo ra nhiều thực nghiệm mới. Chúng baogồm các nghiên cứu hiệu ứng Hall lượng tử bất thường và việc chế tạo các vật liệu tinh thể haichiều khácnhư các các đơn lớp của BN. Ngoài phươngpháp tróc vảy, các cách nuôi cácmàng cacbon rất mỏng cũng đã được nghiên cứuđặc biệt bởinhóm củaW.A.de HeertạiGeorgia Tech. Họ xây dựngmộtphươngpháp để “nungchotróc” silicra khỏibề mặt cacbuasilic(SiC) và để lại một lớp cacbon mỏng. Điều nàyđã được thực hiện bằngcách nungnóng tinh thể SiC tới gần 1300 o C. Mộtsố nhóm trước đây đã sử dụngphươngpháp này nhưng các nghiên cứu này tậptrung vàokhoa học bề mặt và không có các phépđo vận chuyển. Tháng 12 năm 2004chỉ haitháng saukhi côngbố bài báo của Novoselovvà cộngsự, nhóm của de Heercông bố bàibáo đầu tiên củahọ về các phép đo vận chuyển trêncác màng cacbon mỏng. Họ đã giới thiệu từ trở và cả một hiệu ứng điện trường yếu. de Heervà các cộng sự cũnggiữ một bầng sáng chế về cách chế tạo các thiết bị điện tử từ các lớp mỏng của cacbon. Nhómcủa P. Kim tạiĐại học Columbianghiên cứu một cách tiếp cận khác để chế tạo các lớpcacbon mỏng. Họ gắn một tinh thể grafit với đầu của một kính hiển vi lựcnguyêntử và kéo nódọc theo mộtbề mặt.Bằng cách đó,họ đã chế tạo cáclớp grafitmỏng xuống tớigần 10 lớp. Như đề cập ở trên, hệ thức tán sắc phituyến là nguyên nhâncủa hiệu ứng Halllượng tử bấtthường. Điều này đã được chứng minhmột cách độc lập bởi hai nhómlà nhóm Manchester và nhóm của P.Kim.Cả hai nhóm hiện nay đều sử dụngphương pháp trócvảy. Hai bài báo được công bố trong cùng một số của tạp chí Nature vào tháng 11 năm 2005. Từ năm 2005sự phát triển tronglĩnh vựcnghiên cứu này thậtsự bùng nổ. Số bài báo liên quanđến grafenvà các tínhchất của nó ngàycàng tăng. Các lớp đôi củagrafencó những tínhchất khác với cáclớp đơnvà đượcnghiên cứu một cách hoàn chỉnh.Các nhànghiên cứu đã tiến hành cácnghiên cứu hiệu ứngHall lượng tử phân số trong grafen ở các từ trườngcao.Các nghiên cứu tính chất cơ của grafenchứng tỏ rằng grafencực kỳ cứng và cứnghơn 100lần so với thépcứng nhất.Một phát hiện quantrọng khác là sự hấp thụ ánh sang trong grafenlien quan tới hằngsố cấu trúc tinhtế như đã đề cập ở trên. Cũngcó một số bài báoquan trọng mô tả nhữngtương tự vớivật líhạt cơ bản trên cơ sở phương trình Dirac. Sự tươngtự hình thức giữa cáckích thích trong graffenvà các fecmionDirac haichiều chophép kiểm tra hiệu ứng chui hầm Kleinmà nó đượcphát biểu bởi nhà vật líThụy ĐiểnOskar Klein vào năm1929. Hiện tượng nàydự đoán rằng một hàng ràochui hầm có thể trở nênhoàn toàn trong suốt đối với sự tới vuônggóc của cáchạt không có khối lượng.Trong các điều kiệnnàođó, sự trongsuốtcũngcó thể daođộngnhư một hàmcủanănglượng. Điều nàycó thể đượckiểm tratrong grafen. Đó là ý tưởng của Katsnelson, Geimvà Novoselovnăm 2006và ý tưởng này đã đượcYoung vàKim chứngminh năm 2009. Geimvà Novoselov dùngbăng dínhđể xé rách các vảy mỏng của một mẩu grafit lớn hơn theo một cách có phươngpháp hơn. Lúc đầu họ có các vảy bao gồm nhiều lớpgrafen và khihọ lặp lại việc dùngbăng dính để xé rách vảy mười đến haimươi lần thì các vảy ngàycàng mỏngđi. Bướctiếp theo làtìm các mảnh nhỏ grafen trong số các lớp grafit dàyhơn và các mẩu cacbon khác. Đó là khi họ có một ý tưởng tuyệt vời thứ hai là để có thể nhìn thấy cáckết quả của việclàm tỉ mỉ của họ, các nhà khoa họcở Manchesterquyết địnhgắn cácvảy vào mộttấmsilic bị ôxi hóa.Tấm silicnày là vậtliệu thông thường trong công nghiệp bán dẫn. Khi tấm siliccó gắn các vảy được đặttrong một kính hiển vi thông thường, Geim và Novoselov nhìnthấy mộtcầu vồng nhiều màu sắc giống như cái được nhìn thấy khi dầuloang ra trên nước. Khi đó, họ xác định đượcsố các lớp grafenở trong cácvảy. Bề dày của lớp điôxitsilic lót bêndưới là yếu tố quyết định để phát hiện ra grafen. Dưới kính hiển vi, grafen đượcquan sát thấy như mộtvật liệu tinhthể haichiều thựcsự tồn tại ở nhiệt độ phòng.Grafen làmột mạng đều lý tưởng của cacbontheo haichiều là chiều rộng và chiều dài.Ô mạng cơ sở của hệ này gồm sáu nguyên tử cacbon liên kết hóa học với nhau. Grafen cũngnhư một số dạng cacbon khácđã biết bao gồm hàng tỷ nguyên tử cacbon liên kết với nhau theo một hệ lục giác. Dĩ nhiên là luôn luôn tồn tại grafen và điều quantrọng là làm thế nào để pháthiện nó. Tươngtự, các dạng cacbon kháccó mặt trong tự nhiên xuất hiện trướcmắt các nhà khoa họckhi họ quan sát chúng theo mộtcách khác. Đầu tiên là các ốngnanô và sauđó là các quả bóng rỗngcủa cacbon gọi là fulleren. Grafit là một vật liệu cơ bản có mặt trong tự nhiên. Khi “bị tháo rời”, các lá grafittrờ thành grafen.Một lớp grafen cuộn lại tạo thànhmột ống nanô cacbon,còn khigấp lại nó trở thành một quả bóng nhỏ gọi là fulleren. Nhiều nhà khoahọc nghĩ rằngkhông thể cô lập cácvật liệu mỏngnhư thế. Các vật liệu này bị gấp nếp ở nhiệt độ phòng hoặc thậm chíbị biến mất. Ngoài ra, một số nhà nghiên cứu đã thất bại trong các cố gắng chế tạo ra grafen.Trước đây, người ta có thể thuđược cácmàng với bề dày nhỏ hơn 100 nguyên tử. Quả thực,một số lớp thậm chí mỏng đến mức chúng nhìnsuốt quađược. Một cách thu đượcgrafen từ grafit là đưa các chất hóa họcvào giữa các lớp nguyên tử để làm yếu lienkết giữa chúngvà sau đó tách các lớp ra. Mộtcách khác đơn giản làcạo cho tróc ra các lớp grafit. Nó cũng đã được thử thànhcông để “nungcho tróc” silic ra khỏi các tinh thể cacbua silic.Ở các nhiệtđộ rấtcao, cáclớp cacbon mỏng bị bỏ lại. Các kỹ thuật nuôi epitaxi khác nhaunhằm chế tạo cácvật liệu bán dẫnkhác nhaulà các kỹ thuật có triển vọngnhất để chế tạo grafen dùng trong công nghiệp điện tử. Cáccuộn lá grafenrộng 70cm là thiết bị grafen lớn nhất từ trước đến nay đã được chế tạo. Geim và Novoselovchỉ cóthể thuđược các vảy với kích thước micrômét của vật liệu mới. Ngoài kích thước nhỏ,bây giờ họ có thể bắtđầu nghiên cứu hai đặc điểmđáng chú ý nhấtcủa grafenmà chúng có ảnhhưởngđến các tính chất điện củagrafen. Đặc điểm thứ nhất là thành phần gần như lý tưởng củagrafen. Trật tự gần như hoàn chỉnh làdo liên kết mạnh của các nguyên tử cacbon. Đồng thờicác liên kết đủ mềm dẻo để cho phéplưới bị kéo căng lên tới20% kích thước ban đầu của nó. Mạng cũng chophép các điện tử đi được cáckhoảng cách lớn trong grafen mà không gây nhiễu. Trong cácvật dẫn thông thường,cácđiện tử thường nẩy như bi trongmáy tròchơi lănbi ghim. Sự nảy nàylàm yếu hiệu suấtcủa vật dẫn. Đặc điểm có mộtkhông hai khác củagrafen làở chỗ các điện tử trong grafencó dángđiệu giống như các hạt ánhsáng.Đó là các photonkhông có khối lượng mà trong chân không chúngkhông ngừng chuyển độngvề phía trướcvới tốc độ 300triệu mét trêngiây. Tươngtự, các điện tử trong grafencó dáng điệu như thể chúng khôngcó khối lượng và chuyển độngvề phíatrước với một tốc độ không đổi là một triệu mét trên giây. Điều này mở rakhả nâng nghiêncứu cáchiện tượng nào đó dễ dàng hơn trên một phạmvi nhỏ hơn, nghĩa là không cầnsử dụng một máy giatốc hạt lớn. Grafencũng cho phépcác nhàkhoa học kiểm tra một số hiệu ứng lượng tử màtừ trước đến naychúng chỉ được thảo luận trên phươngdiện lý thuyết. Một hiện tượngnhư thế làmột biến thể của hiệu ứng chui hầm Klein. Hiệu ứng chui hầm trong vậtlí lượng tử môtả cách thứcđể các hạtđôi khi có thể đi quamột hàng rào mà bình thường chúngkhông đi quađược. Hàng rào càng lớn thì cơ hộicủa các hạt lượngtử đi qua hàng rào càng nhỏ. Tuynhiên, điều này khôngáp dụngđược cho các điện tử trong grafen.Trongmột số trường hợp, các điện tử trong grafen chuyển động về phía trước như thể khôngcó hàng rào. Các nhànghiên cứu rất quantâm đến các ứngdụng thực tế của grafen. Từ trước đến nay,hầu hếtcác ứng dụng này chỉ nằm trong mơ ước của chúngta. Geimvà Novoselovlà những người đàu tiên kiểm tra nhiều ứngdụngthực tế của grafen. Grafencó một số tính chấtkì lạ như đã đề cập ở trên và nhữngtính chất này làm cho grafen đượcquan tâm đối với một số ứng dụng khác nhau.Nó là một vật dẫnmỏngnhất, rất cứngchắc về mặt cơ học, trong suốtvà dễ uốn.Độ dẫn của nó có thể thay đổi trong một phạmvi rộngbằng sự phatạphóa học hoặc điện trường. Độ linhđộng của grafenlà rấtcao và điềuđó làm cho grafen được đặc biệt quan tâm đối với các ứngdụngđiện tử cao tần. Gần đây, người ta đã chế tạocác lá grafenlớn vớibề rộng 70 cm bằng cácphương pháp gần như công nghiệp. Khả năng dẫn củagrafen thu hút sự chú ý đặc biệt của các nhà khoahọc và côngnghệ. Trongtươnglai, các tranzito làm bằng grafen được chế tạo nhanh hơnrất nhiều so với các tranzito làm bằngsilic hiệnnay. Để các vi mạch máy tính [...]... quả năng lượng cao hơn, chúng cần phải nhỏ hơn Silic tạo ra một giới hạn kích thước mà ở đó vật liệu không còn chức nâng Giới hạn đối với grafen thậm chí còn thấp hơn và do đó có thể lắp đặt nhiều linh kiện hơn trên vi mạch nếu các linh kiện được chế tạo từ grafen Một sự kiện rất quan trọng đã xảy ra một vài năm trước đây khi một linh kiện rất quan trọng là một tranzito grafen được giới thiệu Tranzito... ô xit (ITO) dễ gãy vỡ và tốn kém Các vật dẫn điện tử cũng có thể tạo ra các chất dẻo nếu chỉ cần 1% grafen được trộn vào trong chúng Cũng vậy, bằng cách trộn vào chỉ một phần nhỏ trong một phần nghìn grafen, nhiệt trở của của các chất dẻo tăng 30oC trong lúc đồng thời làm cho các chất dẻo cứng chắc hơn về mặt cơ học Tính đàn hồi này có thể được sử dụng trong các vật liệu siêu cứng mới mà chúng cũng... cơ học Tính đàn hồi này có thể được sử dụng trong các vật liệu siêu cứng mới mà chúng cũng mỏng, co dãn và nhẹ Trong tương lai, các vệ tinh, máy bay và xe ôtô có thể được chế tạo từ các vật liệu phức hợp mới Các loại vật liệu phức hợp mới dựa trên grafen có những tính chất ưu việt như độ cứng lớn và trọng lượng nhỏ Cấu trúc lí tưởng của grafen cũng làm cho nó thích hợp cho việc chế tạo các cảm biến... grafen mở ra những khả năng mới cho khoa học và công nghệ Grafen là vật liệu tinh thể hai chiều đầu tiên và nó có những tính chất độc nhất vô nhị Điều đó làm cho grafen thu hút sự quan tâm đặc biệt cả về nghiên cứu cơ bản và các ứng dụng tương lai Phát minh quan trọng đã được thực hiện bởi Geim, Novoselov và các cộng sự của họ Một bài báo năm 2004 của họ đã châm lửa cho sự phát triển . GIẢI NOBEL VẬT LÝ NĂM 2010 Giải NobelVật lý năm 2010 ược traocho Andre K. Geim và Konstantin S. Novoselov tại Đại họcManchester,Anh “do những thực nghiệm có tính đột phá liên quanđến vậtliệu. quan đếnGiải NobelVật lí năm 2010. A.K.Geimvà K.S.Novoselov đã chứng tỏ rằng rằngcacbon ở dạngphẳng như vậy có các tính chất khác thườngbắt nguồn từ thế giới đặc biệtcủa vậtlí lượng tử. Các vật liệu. “do những thực nghiệm có tính đột phá liên quanđến vậtliệu grafen(graphene)hai chiều”. Giải NobelVật lý năm 2010nhằm tôn vinh hai nhà khoa học gốc Nga có những đóng góp quyết định cho sự phát triển