Tạo tính siêu dẫn nhiệt độ cao trong vật liệu bán dẫn

Một nhóm các nhà khoa học Quốc tế dưới sự chỉ đạo của các nhà Vật lý của trường Đại học Toronto đã phát triển một kỹ thuật đơn giản giúp họ lần đầu tiên tạo ra tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao trong chất bán dẫn bằng cách sử dụng băng dính. Vật liệu siêu dẫn cổ điển là những vật liệu có tính chất siêu dẫn (điện trở bằng 0) khi hạ nhiệt độ của chúng xuống rất thấp, khoảng 30oK (-243oC).

Chất cách điện topo đã làm các nhà khoa học trên toàn thế giới phải chú ý vì nó có tính chất giống với các vật liệu bán dẫn ở phần lớn thể tích nhưng lại có bề mặt mang các tính chất rất giống kim loại. Kết quả là lần đầu tiên trong lịch sử ngành vật lý, tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao được tạo ra trên một chất bán dẫn. Thành công này mở ra những hướng đi mới trong việc phát triển các thiết bị sử dụng trong điện toán lượng tử và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng

Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có tính năng ưu việt hơn khi chúng thể hiện tính chất này ở nhiệt độ lớn hơn, có thể lên tới 138 độ K (-135 đô C). Hiện nay, các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao đang được sử dụng để truyền tải điện với mức hao phí thấp và được coi là những viên gạch đặt nền tảng cho các thiết bị thế hệ mới-các máy tính lượng tử. Tuy nhiên, chỉ có một số hợp chất của sắt, đồng với ôxy cho thấy tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao.

Theo các nhà vật lý, hợp chất của ôxy và đồng không thể kết hợp được với các chất bán dẫn, do đó ứng dụng của chúng rất hạn chế. Các nhà khoa học thấy rằng hiệu ứng lân cận, hiệu ứng mà một vật liệu siêu dẫn sẽ gây ra tính siêu dẫn trên một vật liệu bán dẫn bình thường khác là rất khó xảy ra, vì cơ học lượng tử căn bản đòi hỏi các vật liệu phải tiếp xúc gần như hoàn hảo.

Ken Burch, nhà vật lý học từ Đại học Toronto, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Thông thường, việc kết nối các vật liệu bán dẫn và các vật liệu siêu dẫn cổ điển được thực hiện bởi các quy trình sản xuất vật liệu phức tạp và phải tạo ra các thiết bị nhỏ hơn sợi tóc. Tuy nhiên, các hợp chất của ôxy và đồng lại có cấu trúc hoàn toàn khác biệt, và tính chất hóa học phức tạp khiến chúng không thể kết hợp được với một chất bán dẫn” Nhóm nhà khoa học này đã sử dụng băng dính và những tấm kính mỏng để cố định các chất siêu dẫn nhiệt độ cao nằm ở vị trí lân cận với một loại chất bán dẫn đặc biệt được gọi là chất cách điện topo.