Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Basel đã đưa ra một phương pháp mới cho phép kiểm soát trạng thái vật lý của một vài nguyên tử hoặc phân tử trong mạng lưới cần được kiểm soát. Phương pháp này dựa vào khả năng tự tổ chức các phân tử theo cách tự phát trong các mạng lưới mở rộng với các lỗ có kích thước khoảng 1 nanomet. Phương pháp này đặc biệt phù hợp để chế tạo các thiết bị lưu trữ mới.

Trên toàn thế giới, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực thu nhỏ các thiết bị lưu trữ dữ liệu để đạt công suất lưu trữ càng lớn trong một không gian ngày càng nhỏ. Trong hầu hết tất cả các môi trường, chuyển pha được sử dụng để lưu trữ. Ví dụ, để tạo ra CD, một tấm kim loại rất mỏng trong nhựa được sử dụng, sẽ tan chảy trong vòng vài micro giây và sau đó, cứng lại. Nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Basel đã cho phép quá trình này diễn ra ở cấp độ nguyên tử hoặc phân tử trong khuôn khổ một dự án nghiên cứu.

Thay đổi pha của các nguyên tử riêng lẻ để lưu trữ dữ liệu

Về nguyên tắc, chuyển pha ở cấp độ của các nguyên tử hoặc phân tử riêng lẻ có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu; loại thiết bị lưu trữ này đã tồn tại trong nghiên cứu. Tuy nhiên, để sản xuất chúng rất tốn kém và cần nhiều lao động. Các nhà khoa học đứng đầu là GS. Thomas Jung, đang nghiên cứu để tạo ra các đơn vị lưu trữ nhỏ chỉ bao gồm một vài nguyên tử sử dụng quá trình tự tổ chức, do đó, đơn giản hóa quy trình sản xuất.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã thiết lập một mạng lưới hữu cơ kim loại trông giống như một cái sàng với nhiều lỗ. Khi các kết nối và điều kiện phù hợp được lựa chọn, các phân tử tự sắp xếp độc lập thành một cấu trúc siêu phân tử thông thường.

Nguyên tử xenon: lúc rắn, lúc lỏng

Nhà vật lý Aisha Ahsan, tác giả chính của nghiên cứu đã bổ sung các nguyên tử khí Xenon riêng lẻ vào các lỗ có kích thước chỉ hơn 1 nanomet. Bằng cách sử dụng những thay đổi nhiệt độ và các xung điện cục bộ, bà Aisha đã chuyển đổi thành công các nguyên tử Xenon giữa trạng thái rắn và lỏng. Sự thay đổi pha này trong tất cả các lỗ đã được tạo ra đồng thời dưới tác động của nhiệt độ. Nhiệt độ chuyển pha phụ thuộc vào mức độ ổn định của các cụm Xenon thay đổi dựa vào một số nguyên tử Xenon. Với cảm biến hiển vi, bà Aisha đã tạo ra sự thay đổi pha cục bộ cho lỗ chứa Xenon riêng lẻ.

Vì các thí nghiệm này phải được thực hiện ở nhiệt độ cực thấp chỉ vài Kelvin (dưới -260 độ C), nên bản thân các nguyên tử Xenon không thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị lưu trữ dữ liệu mới. Tuy nhiên, các thí nghiệm đã chứng minh, các mạng lưới siêu phân tử về nguyên tắc phù hợp để tạo ra các cấu trúc nhỏ, trong đó, thay đổi pha có thể được tạo ra chỉ bằng một vài nguyên tử hoặc phân tử.

Giáo sư Thomas Jung, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi sẽ kiểm tra các phân tử lớn hơn cũng như các loại rượu chuỗi ngắn. Các phân tử này làm thay đổi trạng thái ở nhiệt độ cao hơn, nghĩa là có thể sử dụng chúng".

Đ.T.V (NASATI), theo https://phys.org/news/2018-12-st Storage-inderson-molecules.html # jCp, 17/12/2018