Phát hiện mới của người Nga về khoáng vật hiếm Cubanite
183 năm kể từ khi được phát hiện, Cubanite (CuFe₂S₃) đang trên đường trở thành vật liệu của kỷ nguyên điện tử tiếp theo - sau công trình nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học Nga.
Giữa năm 2026, người Nga lần đầu tiên mô tả các đặc tính hoàn toàn mới về cấu trúc, tính chất từ tính và nhiệt của khoáng vật hiếm, Cubanite có thể tạo ra đột phá trong lĩnh vực điện tử thế hệ mới - ngành điện tử học spin (Spintronics).
Hiểu một cách đơn giản, Cubanite sở hữu 2 đặc tính quan trọng là dẫn nhiệt kém, và có cấu trúc từ tính có thể kiểm soát được, mở ra một chương mới trong linh kiện Spintronics vừa giảm tiêu thụ năng lượng và kiểm soát nhiệt.
Hình ảnh về quặng Cubanite (CuFe₂S₃). Nguồn: Argentopyrit
Chủ nhiệm dự án, Tiến sĩ hóa học Elizaveta Pankrushina - Nghiên cứu viên cao cấp tại Viện Địa chất và Địa hóa học Zavaritsky, nhấn mạnh: "Phát hiện của chúng tôi giúp chúng ta hiểu được các đặc tính cần thiết để tạo ra các thế hệ cảm biến, linh kiện bộ nhớ, linh kiện quang học và các thiết bị khác mới. Ngay cả nếu Cubanite chưa trở thành vật liệu công nghiệp ngay lập tức, nó đã có giá trị lớn như một mô hình tự nhiên để tìm kiếm các hợp chất mới với những đặc tính mong muốn".
Cubanite được mô tả vào năm 1843 bởi nhà khoáng vật học người Đức August Breithaupt. Vì được phát hiện lần đầu tiên tại Cuba nên tên của loại quặng Cubanite chính là tên Cuba được Latin hóa.
Cubanite: Từ một quặng thứ cấp đến "kho báu" trong ngành điện tử mới Spintronics
Cubanite (CuFe₂S₃), một hợp chất sulfide của đồng và sắt, trước đây bị xem như một nguồn khai thác đồng thứ cấp, không mấy giá trị. Nhưng hóa ra, nó ẩn chứa những đặc tính cực kỳ đặc biệt, có thể giải quyết vẫn đề của ngành điện tử hiện đại.
Máy tính, máy chủ và hàng loạt thiết bị điện tử ngày nay đều có một điểm yếu chung: Trong quá trình xử lý thông tin, chúng tiêu tán một phần điện năng dưới dạng nhiệt thất thoát. Đây là lý do các phòng máy chủ cần hệ thống làm mát khổng lồ và các thiết bị luôn nóng lên khi hoạt động.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đang phát triển lĩnh vực Spintronics - ngành điện tử thế hệ mới, nơi thông tin được truyền và xử lý không chỉ bằng điện tích mà còn bằng trạng thái từ tính của vật chất.
Spintronics là ngành điện tử thế hệ mới. Ảnh: INL
Nhưng để chế tạo các linh kiện Spintronics, cần có những vật liệu với tổ hợp tính chất rất đặc biệt. Nghĩa là chúng vừa dẫn nhiệt kém, vừa có cấu trúc từ tính có thể kiểm soát được.
Các nhà nghiên cứu đến từ Viện Địa chất và Địa hóa học Zavaritsky (Yekaterinburg) và Viện Vật lý-Kỹ thuật Ioffe (Saint Petersburg) đã phát hiện rằng Cubanite sở hữu đúng những tính chất này.
Bằng cách kết hợp nhiều phương pháp thực nghiệm lẫn tính toán lý thuyết, nhóm nghiên cứu đã khám phá ra hai điều đặc biệt:
1. Kiểm soát dòng nhiệt theo hướng
Cubanite dẫn nhiệt kém, và điều thú vị hơn là khả năng dẫn nhiệt phụ thuộc vào chiều: Nhiệt truyền qua mặt này của tinh thể dễ hơn hoặc khó hơn so với mặt khác. Đây là tính chất lý tưởng để định hướng dòng nhiệt trong linh kiện điện tử, từ đó giảm tổn thất năng lượng.
2. Sóng từ truyền trong tinh thể
Các nhà khoa học còn phát hiện trong Cubanite có magnon - những dao động từ tính tập thể bên trong tinh thể, có thể hình dung như hàng nghìn "kim la bàn nhỏ" liên kết với nhau. Khi một cái lệch, nó kéo theo cái bên cạnh, tạo ra một sóng từ lan truyền qua toàn bộ tinh thể. Tính chất này rất hứa hẹn cho các ứng dụng Spintronic.
Ngoài Cubanite, các tác giả còn nghiên cứu chất tương tự tổng hợp của nó, Isocubanite, với cấu trúc mạng tinh thể hơi khác. Sự so sánh này cho phép hiểu biết rộng hơn về mối quan hệ giữa thành phần, cấu trúc và tính chất vật lý của các hợp chất như vậy, đồng thời mở ra thêm nhiều cơ hội cho việc tìm kiếm các vật liệu mới với những đặc tính cụ thể.
Nghiên cứu này được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Viện Địa chất và Địa hóa học thuộc Chi nhánh Ural của Viện Hàn lâm Khoa học Nga và Viện Vật lý và Công nghệ Ioffe với sự tham gia của các đồng nghiệp từ Viện Vật lý Kirensky, Viện Khoáng vật học Thực nghiệm và Trung tâm Khoa học Kola.
Nghiên cứu này được Quỹ Khoa học Nga (RSF) hỗ trợ và kết quả đã được công bố trên tạp chí Sciencedirect ngày 26/5/2026.
Trang Ly
