Vật Liệu Kim Loại Trong Suốt Mới Có Thể Sẽ Được Dùng Làm Màn Hình Cho Thế Hệ Thiết Bị Công Nghệ Trong Tương Lai

Tháng 12/2015, các nhà khoa học đã phát triển thành công một loại vật liệu mới có cả độ trong suốt cao và tính dẫn điện tốt, hứa hẹn sẽ được dùng để tạo nên những tấm màn hình hiển thị, cửa sổ thông minh, màn hình cảm ứng và thậm chí là các tế bào năng lượng Mặt Trời hiệu suất cao với giá thành cực rẻ và quy trình sản xuất đơn giản.

Từ những năm 1955, Indi Thiếc Oxit (ITO) là loại bán dẫn trong suốt được dùng để sản xuất ra hơn 90% màn hình hiển thị trên thị trường. Tuy nhiên, bắt đầu từ năm 2005, giá thành của Indi đã tăng lên đáng kể. Các module màn hình hiển thị và màn hình cảm ứng luôn là một trong những thành phần chiếm nhiều chi phí nhất trong những chiếc smartphone hoặc máy tính bảng, chiếm gần 40% chi phí chế tạo.

Chip nhớ và vi xử lý ngày càng rẻ hơn, giá của màn hình hiển thị vẫn đắt tiền và thậm chí có xu hướng tiếp tục tăng. ITO có giá 200 USD/kg trong năm 2004 và đến năm 2006 đã hơn 1000 USD/kg, sau đó còn khoảng 400-750 USD/kg trong những năm gần đây.

Các nhà sản xuất luôn tìm kiếm chất liệu khác thay thế cho Indi Thiếc Oxit. Đến tháng 12/2015, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi phó giáo sư khoa học vật liệu Roman Engel-Herbert đã tìm ra một cách tiếp cận khác của vấn đề.

Theo đó, các nhà nghiên cứu đã dùng một tấm phim mỏng 10 nm làm từ loại vật liệu đặc biệt gọi là kim loại tương quan (correlated metals), có tính chất là các electron sẽ chảy giống như chất lỏng. Trong các kim loại thông thường như đồng, vàng, nhôm hoặc bạc, các electron di chuyển như khí thì trong kim loại tương quan; nhưng với strontium vanadate và canxi vanadate thì chúng di chuyển như chất lỏng. Dòng chảy của các electron sẽ tạo tăng cường độ trong suốt quang học, đồng thời đảm bảo tính dẫn điện cao như kim loại.

Phó giáo sư Engel-Herbert cho biết: “Chúng tôi đang tạo ra một loại kim loại trong suốt bằng cách thay đổi khối lượng hiệu dụng các electron của chúng. Chúng tôi chọn một loại vật liệu với đặc điểm tương tác tĩnh điện giữa các electron mang điện âm là rất lớn so với động năng của chúng. Kết quả là, các electron có thể cư xử như một chất lỏng chứ không phải là một đám khí với các hạt không tương tác. Dòng electron có độ dẫn điện cao, nhưng vẫn đảm bảo trong suốt, ít phản chiếu”.

Để hiểu rõ hơn về sự cân bằng giữa độ trong suốt và khả năng dẫn điện, giáo sư Karin Rabe, nhà lý thuyết vật liệu tại Đại học Rutgers, đã vận dụng các kiến thức toán học và lý thuyết vật lý nhằm xét tới tính khả thi của việc dùng loại vật liệu mới để tạo nên các bảng mạch điện tử trong suốt.

Hiện nhóm nghiên cứu đã hiểu được cơ chế hoạt động của loại vật liệu mới, và hứa hẹn sẽ tìm thấy nhiều loại kim loại tương quan khác tương tự như strontium vanadate và canxi vanadate trong tương lai.

Mức giá của Indi hiện là 750 USD/kg, trong khi strontium vanadate và canxi vanadate có thể được tạo từ những nguyên tố khá phổ biến trên Trái Đất với giá rẻ hơn. Giá của vanadate là khoảng 25 USD/kg, và Strontium thậm chí còn rẻ hơn cả vanadate.

Các nhà nghiên cứu tin rằng, vật liệu mới không chỉ có thể thay thế cho Indi trong việc chế tạo màn hình hiển thị, màn hình cảm ứng, mà còn có thể tạo tiền đề phát triển cửa sổ thông minh, kính thông minh và cả các tế bào năng lượng Mặt Trời trong suốt trong tương lai.