acecook

Hé lộ bí mật của nguyên tử: Đột phá mới trong công nghệ bán dẫn

Công nghiệp năng lượng
07/10/2025 04:07
Trái ngược với quan điểm lâu nay cho rằng các nguyên tử trong chất bán dẫn phân bố ngẫu nhiên, một nghiên cứu mới đã lần đầu tiên hé lộ cấu trúc trật tự ẩn giấu bên trong vi mạch.
aa
Doanh nghiệp Việt quyết tâm vươn mình thực sự làm chủ công nghệ bán dẫn Xu hướng thịnh hành SiC, GaN trong công nghệ bán dẫn cho xe điện năng lượng mới

Nhờ kết hợp kỹ thuật hiển vi tiên tiến với trí tuệ nhân tạo (AI), các nhà khoa học không chỉ chứng minh sự tồn tại của trật tự này, mà còn mở ra phương thức thiết kế vật liệu hoàn toàn mới, hứa hẹn thế hệ chip nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Sơ đồ trật tự các nguyên tử trong vật liệu được nhóm nghiên cứu khảo sát: germani (màu xám), thiếc (màu xanh) và silicon (màu đỏ). Nguồn: Berkeley Lab
Sơ đồ trật tự các nguyên tử trong vật liệu được nhóm nghiên cứu khảo sát: germani (màu xám), thiếc (màu xanh) và silicon (màu đỏ). Nguồn: Berkeley Lab

Hé lộ cấu trúc vi mô chưa từng thấy

Chất bán dẫn là nền tảng của hầu hết các thiết bị điện tử, từ chiếc điện thoại thông minh đến các máy chủ siêu tốc trong trung tâm dữ liệu. Chúng thường được tạo từ một nguyên tố chủ đạo như germani, sau đó được pha thêm một lượng nhỏ silicon hoặc thiếc nhằm điều chỉnh đặc tính điện tử. Tuy nhiên, câu hỏi liệu các nguyên tử pha tạp sắp xếp ngẫu nhiên hay theo một trật tự nhất định đã làm đau đầu giới nghiên cứu nhiều năm.

Trật tự ấy được gọi là short-range order, hay trật tự ngắn hạn, có ảnh hưởng trực tiếp đến khe năng lượng của vật liệu, yếu tố then chốt quyết định khả năng dẫn điện. Các nỗ lực quan sát ở cấp độ nguyên tử gần như bất khả thi, bởi tín hiệu từ các nguyên tử pha tạp quá nhỏ và dễ bị lấn át bởi nguyên tử chủ đạo.

Bước ngoặt xuất hiện khi nhóm khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ở Hoa Kỳ kết hợp kỹ thuật hiển vi quét truyền bốn chiều, hay 4D-STEM với bộ lọc năng lượng. Nhờ phương pháp này, độ tương phản được nâng cao và hình ảnh nguyên tử được ghi lại ở cấp độ chưa từng có. Thông qua đó, các nhà nghiên cứu đã nhìn thấy những mô típ lặp đi lặp lại trên bề mặt vật liệu, dấu hiệu đầu tiên khẳng định rằng trật tự nguyên tử thực sự tồn tại.

AI và mô phỏng lượng tử chứng minh quy luật

Không dừng ở quan sát, nhóm nghiên cứu tiếp tục hợp tác với các nhà khoa học tại Đại học George Washington để tiến hành mô phỏng lại. Một mô hình máy học được huấn luyện trên dữ liệu từ hàng triệu nguyên tử đã tái hiện thành công hình ảnh giả lập của 4D-STEM. Khi so sánh, các mẫu mô phỏng khớp hoàn toàn với dữ liệu thực nghiệm, khẳng định sự tồn tại của trật tự nguyên tử ngắn hạn.

GS. Tianshu Li nhận định: “Đáng kinh ngạc là mô hình và thực nghiệm trùng khớp với nhau đến mức có thể giải mã các mô típ cấu trúc nguyên tử ngay lần đầu tiên”. Trong khi đó, TS. Lilian Vogl nhấn mạnh rằng phát hiện này mở ra một kỷ nguyên mới cho công nghệ thông tin ở quy mô nguyên tử.

Giờ đây, các nhà khoa học không chỉ biết trật tự nguyên tử tồn tại mà còn có thể tính toán và điều chỉnh nó. Khi kiểm soát được cách sắp xếp nguyên tử ở cấp độ nhỏ nhất, họ có thể “thiết kế” khe năng lượng theo yêu cầu, từ đó tạo ra loại chip phù hợp cho từng ứng dụng chuyên biệt.

Vật liệu bán dẫn được nghiên cứu trong bài báo, gồm germani, một lượng nhỏ silicon và thiếc. Nguồn: Berkeley Lab
Vật liệu bán dẫn được nghiên cứu trong bài báo, gồm germani, một lượng nhỏ silicon và thiếc. Nguồn: Berkeley Lab

Con đường tới thế hệ chip thông minh hơn

Tiềm năng của phát hiện mới này vượt xa phạm vi phòng thí nghiệm. Khả năng kiểm soát trật tự nguyên tử ẩn có thể mở ra hướng đi cho vật liệu bán dẫn thế hệ mới, từ phục vụ cho máy tính lượng tử cho đến các thiết bị thần kinh nhân tạo mô phỏng hoạt động của não bộ, vốn cần xử lý song song và tiết kiệm năng lượng. Không những thế, nhờ nền tảng này, các cảm biến quang học hay hệ thống an ninh cũng hứa hẹn đạt độ nhạy chưa từng có.

Dù vậy, các chuyên gia thừa nhận rằng vẫn còn nhiều thách thức. Tín hiệu từ trật tự ngắn hạn dễ bị che khuất bởi các khiếm khuyết tinh thể hoặc bởi chuyển động của các nguyên tử ở nhiệt độ phòng. Cần thêm thời gian để lập bản đồ đầy đủ về cách những mô típ này ảnh hưởng đến tính chất điện tử.

Tuy nhiên, con đường phía trước cũng phần nào đã rõ ràng: Thay vì dựa vào công thức pha trộn quen thuộc, ngành bán dẫn có thể tiến tới giai đoạn thiết kế vật liệu ngay từ cấp độ nguyên tử.

“Chúng ta đang mở ra cánh cửa của một kỷ nguyên công nghệ thông tin mới ở cấp độ nguyên tử”. GS. Andrew Minor khẳng định. Trong bối cảnh ngành bán dẫn toàn cầu đang tìm cách vượt khỏi giới hạn của định luật Moore, việc giải mã trật tự nguyên tử ẩn không chỉ là thành tựu khoa học mà còn là lợi thế chiến lược.

Thế Quân (Theo InterestingEngineering/TechExplore)

tudonghoangaynay.vn
mca
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/12/2025: Tuổi Dậu tình cảm rắc rối, tuổi Tuất bớt áp lực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/12/2025: Tuổi Dậu tình cảm rắc rối, tuổi Tuất bớt áp lực

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 7/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Herbalife Việt Nam được  vinh danh Top 100 Doanh Nghiệp Bền Vững Việt Nam 2025

Herbalife Việt Nam được vinh danh Top 100 Doanh Nghiệp Bền Vững Việt Nam 2025

Herbalife Việt Nam, một trong những công ty, cộng đồng, và nền tảng hàng đầu về sức khỏe và thể chất, đã được xếp hạng trong danh sách “Top 100 Doanh Nghiệp Bền Vững Việt Nam 2025” theo đánh giá của Liên đoàn Thương mại và Công nghiệp Việt Nam (VCCI).
Doanh nghiệp tìm lời giải cho Nhà máy Thông minh tại Cafe Tự động hóa kỳ 6

Doanh nghiệp tìm lời giải cho Nhà máy Thông minh tại Cafe Tự động hóa kỳ 6

Cafe Tự động hóa kỳ 6 do Hội Tự động hóa TP.HCM (HAuA) tổ chức sáng 6/12 đã mang đến bức tranh toàn diện về các giải pháp Công nghiệp 4.0 cho nhà máy thông minh. Sự kiện thu hút nhiều doanh nghiệp và đơn vị công nghệ tham dự, tạo không gian kết nối và chia sẻ kinh nghiệm triển khai tự động hóa trong bối cảnh chuyển đổi số tăng tốc.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng

Tuần qua, nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: VPBank triển khai chương trình hỗ trợ hộ kinh doanh; VietinBank nâng ưu đãi lớn cho khách hàng; Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng với giải đặc biệt 1 tỷ đồng...
Tuần phim Ba Lan 2025 tại Việt Nam: 7 tác phẩm châu Âu đặc sắc ra mắt khán giả miễn phí

Tuần phim Ba Lan 2025 tại Việt Nam: 7 tác phẩm châu Âu đặc sắc ra mắt khán giả miễn phí

Từ những góc nhìn đời thường đến chuyện đời nghệ sĩ hay khúc quanh định mệnh của mỗi số phận, bảy bộ phim Ba Lan được tuyển chọn cho tuần phim năm nay hứa hẹn mang đến cho khán giả Việt Nam những trải nghiệm điện ảnh giàu cảm xúc.
Nexcom công bố kết quả xác thực bộ chuyển mạch TSN cho tự động hóa công nghiệp

Nexcom công bố kết quả xác thực bộ chuyển mạch TSN cho tự động hóa công nghiệp

Hãng Nexcom (Đài Loan - Trung Quốc) vừa công bố kết quả thử nghiệm xác thực đối với bộ chuyển mạch mạng thời gian thực ISA 142 (Time-Sensitive Networking - TSN), cho thấy thiết bị đạt độ chính xác ở mức nano giây, phục vụ cho các ứng dụng biên trong công nghiệp.
Khoa học mở đường cho phát triển bền vững trong kỷ nguyên khí hậu cực đoan

Khoa học mở đường cho phát triển bền vững trong kỷ nguyên khí hậu cực đoan

Chiều 4/12, chuỗi tọa đàm “Khoa học vì Cuộc sống” 2025 khép lại với chủ đề “Khoa học và Đổi mới sáng tạo vì Tương lai bền vững”. Trong bối cảnh khoa học - công nghệ liên tục mở ra những hướng đi mới, từ vật liệu xanh, năng lượng sạch đến kinh tế tuần hoàn và phục hồi hệ sinh thái, buổi tọa đàm là diễn đàn để các nhà khoa học và chuyên gia hàng đầu chia sẻ tri thức, công nghệ và tầm nhìn nhằm kiến tạo một tương lai xanh cho các thế hệ sau.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/12/2025: Tuổi Dần phải cẩn thận, tuổi Thân công việc dễ thở

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/12/2025: Tuổi Dần phải cẩn thận, tuổi Thân công việc dễ thở

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 6/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 5/12: Khối ngoại đảo chiều bán ròng mạnh, VN-Index tăng nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 5/12: Khối ngoại đảo chiều bán ròng mạnh, VN-Index tăng nhẹ

Khối ngoại bất ngờ đảo chiều bán ròng gần 700 tỷ đồng trong phiên 5/12, chấm dứt chuỗi ba phiên mua ròng trước đó. Dù chịu áp lực xả mạnh từ nhóm nhà đầu tư nước ngoài và sắc đỏ bao phủ phần lớn bảng điện tử, VN-Index vẫn giữ được đà tăng nhẹ, đóng cửa trên mốc 1.741 điểm nhờ lực đỡ từ một số cổ phiếu vốn hóa lớn
Kỹ sư trẻ miền Nam chinh phục bài toán Pick & Place độ chính xác cao cho bài toán thực tế của doanh nghiệp

Kỹ sư trẻ miền Nam chinh phục bài toán Pick & Place độ chính xác cao cho bài toán thực tế của doanh nghiệp

Ngày 4/12, cuộc thi Thiết kế Máy tự động hóa 2026 chính thức khởi động với sự tham gia của 266 thí sinh từ 54 đội chơi của 8 trường đại học lớn đào tạo kỹ thuật trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai và Cần Thơ. Cuộc thi mở ra cơ hội tiếp cận bài toán công nghiệp thực tế và nhiều cơ hội đào tạo quý giá cho sinh viên.
song-gia-tri