Liên minh các nhà khoa học đến từ Đại học Comubia, Đại học quốc gia Seul và Viện nghiên cứu tiêu chuẩn khoa học Hàn Quốc tuyên bố đã lần đầu tiên chế tạo ra "bóng đèn" mỏng nhất thế giới từ ật liệu graphen. Chiếc bóng đèn này dùng cấu trúc tinh thể carbon trong suốt, cỡ bằng vài nguyên tử để làm "dây tóc", có thể được tích hợp ngay trên chip mà không phát ra quá nhiều nhiệt gây hư hại các thiết bị khác ở xung quanh. Thành công này mở đường cho sự ra đời của các thiết bị truyền dữ liệu siêu nhỏ, điện toán nguyên tử,… và nhiều ứng dụng khác trong tương lai.
Việc tạo ra ánh sáng trong những cấu trúc nhỏ trên bề mặt chip là tiền đề để tạo ra những bảng mạch quang tử, sử dụng ánh sáng thay cho dòng điện trên các vi mạch bán dẫn hiện nay. Trước giờ, các nhà nghiên cứu đã tìm nhiều cách nhằm tiếp cận được điều này, nhưng mọi nghiên cứu đều chưa thành công. Họ ví von rằng không thể nào tìm thấy sự giao thoa giữa công nghệ lâu đời nhất (bóng đèn sợi đốt) và công nghệ tiên tiến nhất (con chip). Trở ngại chủ yếu chính là bóng đèn sợi đốt phải rất nóng - lên tới hàng nghìn độ C - nhằm tạo ra ánh sáng khả kiến và những sợi dây dẫn cực nhỏ bằng kim loại không thể chịu được điều này. Thêm vào đó, nhiệt truyền rất nhanh, rất mạnh từ dây tóc nóng sang khu vực lân cận ở kích thước vi mô và dẫn đến phá hủy toàn bộ con chip.
Bằng cách đo lường quang phổ của ánh sáng phát ra từ graphene, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng graphen có thể đạt nhiệt độ trên 2500 độ C, đủ nóng để sáng một cách rực rỡ trong kích thước vi mô của nó. Young Duck Kim, người dẫn đầu nghiên cứu và cũng là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học kỹ thuật Columbia cho biết: "Tấm graphen mỏng như nguyên tử có thể tạo ra ánh sáng mạnh đến nỗi mắt người cũng có thể nhìn thấy mà không cần công cụ phóng to nào."
Ảnh chụp tấm graphen lơ lửng trong chất nền, phát sáng ở trung tâm có thể nhìn thấy bằng mắt thường
Thú vị hơn nữa, quang phổ của ánh sáng phát ra lại có đỉnh tại những bước sóng riêng. Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng nguyên nhân là do sự nhiễu giữa ánh sáng phát ra trực tiếp từ graphene và ánh sáng phản chiếu lại từ chất nền silicon của con chip (sau đó đi trở lại qua tấm graphene). Tiến sĩ Kim lưu ý: "Đây cũng có thể là do tấm graphen trong suốt, không giống như bất kỳ loại dây tóc thông thường nào khác và cho phép chúng ta có thể điều chỉnh quang phổ phát xạ bằng cách thay đổi khoảng cách từ nó tới chất nền."
Sở dĩ một tấm graphen nhỏ bé như vậy nhưng vẫn có thể chịu được nhiệt độ lên tới hàng nghìn độ C là do nó sở hữu một tính chất khá đặc biệt: Khi nóng lên, graphen trở thành vật chất kém dẫn nhiệt. Nói cách khác, nhiệt độ cao chỉ tập trung tại một điểm nhỏ ở trung tâm mà không thể lan rộng để phá hủy. Myung-Ho Bae, một thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: "Tại nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ electron cao hơn nhiều so với nhiệt độ tạo ra bởi âm tử trong mạng lưới graphen. Do đó không cần dùng quá nhiều năng lượng để đạt ngưỡng nhiệt độ cần thiết nhằm tạo ra ánh sáng khả kiến. Tính chất nhiệt độc đáo này cho phép chúng tôi nung nóng tấm graphen lơ lửng tới nhiệt độ bằng một nửa của Mặt Trời và hiệu suất cao gấp 1000 lần so với đặt graphen trên bề mặt rắn."
Giáo sư Yun Daniel Park, thành viên khác trong nhóm nghiên cứu, cho biết rằng vật liệu mà họ tạo ra tương tự như loại mà Thomas Edison đã dùng để tạo ra bóng đèn sợi đốt khi xưa. Điểm khác biệt ở đây là Edison dùng các bon để làm sợi đốt, còn bây giờ các nhà khoa học sử dụng dạng tinh khiết nhất của nó là graphen và ở giới hạn cuối cùng về kích thước: cấp độ nguyên tử. Hiện tại, nhóm đang tiếp tục khai thác ứng dụng của chiếc đèn graphene, điển hình như tạo ra các "bit" nhằm áp dụng trong truyền dữ liệu quang học.
Nhóm cho biết: "Về cơ bản, chúng tôi đã tạo ra chiếc bóng đèn mỏng nhất thế giới. Đây là một dạng đèn phát sáng "băng rộng" có thể tích hợp vào chip, mở đường cho sự ra đời của những chiếc màn hình nguyên tử mỏng, dẻo và trong suốt, có thể dùng làm chip giao tiếp bằng quang học. Tuy nhiên, hiện tại chúng ta mới chỉ bắt đầu ước mơ về những ứng dụng khác của nó và còn nhiều nghiên cứu khác cần được tiếp tục trước khi áp dụng rộng rãi."
Video giới thiệu "đèn graphen"
