Trong bối cảnh AI và các trung tâm dữ liệu ngày càng tiêu thụ nhiều năng lượng, việc tìm kiếm giải pháp công nghệ xanh và hiệu quả trở nên cấp thiết. Vật liệu từ điện như tinh thể đồng oxyselenide (Cu2OseO3) nổi bật nhờ khả năng thay đổi cấu trúc từ tính dưới tác động của điện trường, hứa hẹn tạo ra các thiết bị điện tử tiêu thụ ít năng lượng.
Các trường điện làm lệch hướng lan truyền của các kết cấu từ tính (nguồn: Viện Paul Scherrer).
Ở nhiệt độ thấp, các spin nguyên tử trong tinh thể này tự sắp xếp thành những cấu trúc phức tạp như hình xoắn ốc hoặc nón, với kích thước lớn hơn nhiều so với mạng tinh thể cơ bản. Điều đặc biệt là chúng không bị gắn cứng vào cấu trúc nguyên tử, điều này giúp dễ dàng điều chỉnh bằng điện trường. Nhóm nghiên cứu lần đầu tiên chứng minh được rằng, có thể dùng điện áp để thay đổi hướng lan truyền của các cấu trúc từ tính này - được gọi là hiệu ứng lệch hướng từ điện.
Để quan sát hiện tượng này, các nhà khoa học sử dụng chùm neutron tại cơ sở Swiss Spallation Neutron Source kết hợp với kỹ thuật tán xạ neutron góc nhỏ. Một thiết bị chuyên dụng được sử dụng để vừa áp điện trường mạnh, vừa phân tích từ tính trong tinh thể. Khi tìm hiểu sâu hơn, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ba chế độ phản ứng khác nhau tùy theo cường độ điện trường: ở điện trường yếu, cấu trúc từ tính lệch hướng tuyến tính; điện trường trung bình tạo ra hành vi phi tuyến phức tạp; còn điện trường mạnh khiến chúng đảo hướng 90o đột ngột.
Sam Moody - tác giả chính của nghiên cứu cho biết, mỗi chế độ mang đặc trưng riêng, có thể ứng dụng vào cảm biến hoặc thiết bị lưu trữ. Các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến các thiết bị lai, nơi có thể tinh chỉnh ngưỡng chuyển đổi giữa các chế độ bằng từ trường ngoài. Phát hiện này mở đường cho những công nghệ bền vững, giảm phụ thuộc vào nam châm truyền thống vốn tiêu tốn nhiều năng lượng. Với khả năng kiểm soát linh hoạt từ tính chỉ bằng điện trường, vật liệu từ điện như đồng oxyselenide hứa hẹn cách mạng hóa ngành điện tử trong tương lai.
Xuân Bình (theo Viện Paul Scherrer)