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
Khoa Xây dựng Đảng tổ chức Lễ kỷ niệm 50 năm thành lập và đón nhận Huân chương Lao động hạng Ba

Khoa Xây dựng Đảng tổ chức Lễ kỷ niệm 50 năm thành lập và đón nhận Huân chương Lao động hạng Ba

Sáng ngày 15/11, Khoa Xây dựng Đảng của Học viện Báo chí và Tuyên truyền thuộc Học viện Chính trị quốc gia Hồ Chí Minh đã long trọng tổ chức Lễ kỷ niệm 50 năm thành lập Khoa (1975-2025) và đón nhận Huân chương Lao động hạng Ba. PGS, TS Đoàn Minh Huấn, Ủy viên Trung ương Đảng, Phó Bí thư Thường trực Đảng ủy, Phó Giám đốc Thường trực Học viện Chính trị quốc gia Hồ Chí Minh dự, trao Huân chương Lao động hạng Ba cho Khoa Xây dựng Đảng và phát biểu tại Lễ kỷ niệm.
Nghiên cứu chế tạo thiết bị phân tích hàm lượng nguyên tố và đo chất lượng nguyên vật liệu bằng kỹ thuật phân tích kích hoạt Nơtron-Gamma tức thời (PGNAA) ở Việt Nam

Nghiên cứu chế tạo thiết bị phân tích hàm lượng nguyên tố và đo chất lượng nguyên vật liệu bằng kỹ thuật phân tích kích hoạt Nơtron-Gamma tức thời (PGNAA) ở Việt Nam

Bài viết giới thiệu về quá trình nghiên cứu chế tạo thiết bị phân tích hàm lượng nguyên tố và đo chất lượng nguyên vật liệu bằng kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron -gamma tức thời (PGNAA).
Thúc đẩy điện sạch và giao thông xanh từ tự động hóa biến đổi điện năng

Thúc đẩy điện sạch và giao thông xanh từ tự động hóa biến đổi điện năng

Trong bối cảnh Việt Nam đối mặt với nguy cơ thiếu điện, ô nhiễm môi trường và những yêu cầu cấp bách về phát triển năng lượng tái tạo, giao thông xanh, việc thúc đẩy các giải pháp công nghệ đặc biệt là tự động hóa trong biến đổi điện năng trở nên vô cùng cần thiết. Nhằm góp phần giải quyết những thách thức này, ngày 14/11/2025, Hội Tự động hóa Đà Nẵng phối hợp với Trường Cao đẳng Đắk Lắk đã tổ chức Hội thảo “Tự động hóa trong ứng dụng biến đổi điện năng” tại TP Buôn Ma Thuột, tỉnh Đắk Lắk.
Hội Tự động hóa Việt Nam triển khai đề án phát triển hệ sinh thái doanh nghiệp VAA

Hội Tự động hóa Việt Nam triển khai đề án phát triển hệ sinh thái doanh nghiệp VAA

Hội Tự động hoá Việt Nam vừa tổ chức Tọa đàm nhằm hoàn thiện đề án xây dựng hệ sinh thái doanh nghiệp tự động hoá, quy tụ sự tham gia của nhiều chuyên gia và doanh nghiệp trong ngành. Các ý kiến tại buổi làm việc thống nhất rằng VAA cần tận dụng tốt hơn những thế mạnh hiện có để tạo ra sức lan toả lớn hơn cho cộng đồng doanh nghiệp tự động hoá.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Techcombank khẳng định vị thế thương hiệu Việt

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Techcombank khẳng định vị thế thương hiệu Việt

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: Vietcombank đạt hơn 33.000 tỷ lợi nhuận, HDBank kỳ vọng vượt kế hoạch lợi nhuận 2025, Techcombank khẳng định vị thế thương hiệu Việt...
Tăng tốc hiệu quả với AI trong sản xuất

Tăng tốc hiệu quả với AI trong sản xuất

Từ cuối năm 2022, trí tuệ nhân tạo (AI) đã trở thành chủ đề nóng trong mọi chiến lược chuyển đổi số. Hầu hết các nhà lãnh đạo doanh nghiệp đều coi AI là chìa khóa của tăng trưởng, nhưng trong thực tế sản xuất, lời hứa đó vẫn chưa chuyển hóa thành kết quả cụ thể.
Thị trường chứng khoán ngày 14/11: VN-Index tăng nhẹ, thanh khoản suy giảm

Thị trường chứng khoán ngày 14/11: VN-Index tăng nhẹ, thanh khoản suy giảm

Thị trường chứng khoán phiên 14/11 duy trì đà tăng nhẹ khi lực cung được tiết giảm, dù thanh khoản trên HoSE tiếp tục suy yếu. Giá trị khớp lệnh chỉ còn 18.158 tỷ đồng, giảm hơn 8% so với phiên trước (không tính thỏa thuận).
Doanh nghiệp Việt Nam hợp tác cùng iSpring Group FZCO (UAE) triển khai hệ sinh thái đào tạo thông minh

Doanh nghiệp Việt Nam hợp tác cùng iSpring Group FZCO (UAE) triển khai hệ sinh thái đào tạo thông minh

Lễ ký kết thỏa thuận hợp tác giữa iSpring Group FZCO và Công ty CP Đào tạo và Cung ứng Nguồn lực Công nghiệp diễn ra ngày 13/11 tại Hà Nội, đánh dấu bước tiến mới trong việc đưa các giải pháp quản lý đào tạo trực tuyến và đánh giá năng lực nhân sự quốc tế vào thị trường Việt Nam.
Tạp chí Tự động hóa Ngày nay nhận giải C - Giải Báo chí tuyên truyền sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả năm 2025

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay nhận giải C - Giải Báo chí tuyên truyền sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả năm 2025

Với chuyên đề “ISO 50001: Từ nhận thức đến hành động”, các tác giả Trà Giang, Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Tiến Dũng và Nguyễn Thị Hương Duyên thuộc Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đã thực hiện loạt bài viết và được Ban tổ chức trao Giải C - Giải Báo chí tuyên truyền sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả năm 2025.
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/11: Ưu tiên chiến lược đầu tư ngắn hạn

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/11: Ưu tiên chiến lược đầu tư ngắn hạn

Phiên giao dịch 13/11, VN-Index giảm nhẹ 0,42 điểm xuống 1.631,44 điểm, phản ánh tâm lý thận trọng của nhà đầu tư. Giới phân tích khuyến nghị ưu tiên chiến lược đầu tư ngắn hạn, tập trung chọn lọc cổ phiếu có nền giá vững và giải ngân thận trọng tại các nhịp rung lắc.
song-gia-tri