Việc kết hợp các loại vật liệu khác nhau có thể dẫn đến rất nhiều những ý tưởng, phát minh mang tính đột phá và được coi là kỹ năng thiết yếu cho phép con người sáng tạo ra tất cả mọi thứ: từ những tòa nhà cao chọc trời (bằng phương pháp gia cố bê tông bằng thép) đến pin năng lượng mặt trời (bằng phương pháp xếp lớp vật liệu vào các điện tử liên kết thành cụm). Trong một nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Khoa học, các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Cornell và Đại học Chicago, Hoa Kỳ tìm ra kỹ thuật "khâu" kết hợp hai lớp tinh thể với nhau để tạo ra một loại vải có độ dày chỉ ở cấp độ nguyên tử.

 Trong sản xuất thiết bị điện tử, việc kết hợp các vật liệu khác nhau có thể tạo ra vật liệu tổng hợp - thành phần cơ bản nhất dùng để chế tạo pin mặt trời, đèn LED và chip máy tính. Đường nối giữa hai vật liệu càng mịn thì các electrons càng dễ dàng di chuyển qua lớp vải. Đây là điểm mấu chốt vì nó cho phép thiết bị điện tử hoạt động hiệu quả. Tuy nhiên, có nhiều loại vật liệu có cấu trúc tinh thể gồm mạng lưới rất nhiều nguyên tử cố định, bền vững nên việc trộn lẫn các tinh thể không phải là giải pháp hợp lý.

Nhóm nghiên cứu lựa chọn khâu kết hợp các mạng lưới tinh thể giống như lớp vải, có độ dày bằng 3 nguyên tử. Jiwoong Park, Giáo sư Hóa học tại Đại học Chicago, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: Thông thường, sự kết tinh của những tinh thể này trải qua nhiều giai đoạn, dưới những điều kiện khác nhau; đầu tiên là việc sản xuất một loại vật liệu, sau đó, tạm dừng công việc này để thay đổi một số điều kiện, cuối cùng là thực hiện quy trình lại từ đầu nhằm tạo ra một loại vật liệu khác.

Kết quả là các nhà khoa học đã tạo ra được loại vật liệu một lớp có cấu tạo hoàn hảo. Họ đã thực hiện thao tác chuyển đổi tại những vị trí mà hai mạng lưới tinh thể gặp nhau, một trong hai mạng lưới sẽ kéo giãn ra hoặc phát triển để đáp ứng thay vì để lại lỗ hổng hoặc sai hỏng mạng tinh thể ở mạng còn lại.

David A. Muller, giáo sư vật lý ứng dụng và kỹ thuật và là Giám đốc của Viện Khoa học Nano Kavli tại Đại học Cornellcho biết: Chúng tôi đang vẫn đang cố gắng tìm kiếm giải pháp khâu nối kết hợp hai loại vật liệu vải với hai chỉ số đo số lượng sợi đan khác nhau, trong đó, mỗi dãy nguyên tử được coi là một sợi đan sợi, và không có sợi thừa. Chúng tôi đã sử dụng máy dò điện tử mới mà về cơ bản là một máy ảnh siêu nhanh, siêu nhạy, có thể đo được mức độ co giãn tính từ vị trí mối nối của hai loại vật liệu ở cấp độ nguyên tử đến vị trí toàn bộ tấm vải được nối với nhau, với mức độ chính xác tốt hơn một phần ba của một phần trăm khoảng cách giữa các nguyên tử.

Quan sát qua kính hiển vi cho thấy các đường khâu nối nguyên tử rất chặt chẽ, chỉ lớn hơn nếp gấp hai vật liệu xung quanh khớp nối. Robert A. DiStasio Jr., trợ lý giáo sư Khoa Hóa học và Sinh hóa, trường Cao đẳng Nghệ thuật và Khoa học, Đại học Cornell và là một trong những tác giả cao cấp của bài báo cho biết: Sự hình thành những nếp gấp trong những vật liệu 2D bị biến dạng là chủ đề cung cấp cho chúng ta nền đất màu mỡ để khám phá cách thức liên kết giữa những mô hình năng lượng đàn hồi mang tính vĩ mô với các lý thuyết về những tương tác cơ bản tiềm ẩn của van der Waals mang tính vi mô.

Nhóm đã quyết định kiểm tra hiệu suất của vật liệu trong điốt bán dẫn - một trong những thiết bị điện tử được sử dụng rộng rãi nhất. Hai loại vật liệu được khâu nối với nhau, và các dòng điện tử sẽ chảy một chiều dễ dàng qua lớp "vải" đặc biệt này.

Saien Xie, một sinh viên ngành kỹ thuật, đại học Cornell và là tác giả đầu tiên viết bài báo, cho biết: Thật thú vị khi nhìn thấy những chiếc đèn LED có độ dày bằng 3 nguyên tử bật sáng. Hiệu suất hoạt động của các loại vật liệu này quả thật rất xuất sắc.

Khám phá này mở ra một số ý tưởng thú vị trong sản xuất các thiết bị điện tử, trong đó có thiết bị như đèn LED được thiết kế gồm các lớp cấu trúc 3D và 2D xếp chồng lên nhau và thường có cấu tạo bề mặt cứng. Tuy nhiên, kỹ thuật mới này có khả năng tạo ra những thay đổi cấu hình mới, như đèn LED linh hoạt hoặc mạch 2D có độ dày ở cấp độ nguyên tử dày, chạy theo chiều ngang.

Park lưu ý rằng quá trình kéo giãn và nén có thể làm thay đổi màu sắc của tinh thể do những hiệu ứng cơ học lượng tử. Điều này cũng có nghĩa là cảm biến ánh sáng và đèn LED hoàn toàn có thể được điều chỉnh theo các màu khác nhau, ví dụ, vải cảm biến có khả năng kéo giãn có thể thay đổi màu sắc khi chúng bị kéo căng.
 

Theo Khoahocvacongnghevietnam