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
vcca2026
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/6: Áp lực điều chỉnh gia tăng, nhà đầu tư được khuyến nghị hạ tỷ trọng margin

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/6: Áp lực điều chỉnh gia tăng, nhà đầu tư được khuyến nghị hạ tỷ trọng margin

Bước vào phiên giao dịch ngày 10/6 với tâm lý thận trọng khi các tín hiệu kỹ thuật cho thấy rủi ro điều chỉnh đang gia tăng. Sau phiên tăng điểm nhẹ ngày 9/6, nhiều công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên quản trị rủi ro, giảm sử dụng đòn bẩy tài chính và chờ tín hiệu xác nhận xu hướng trước khi giải ngân mới.
Mở rộng năng lực bảo vệ hạ tầng xOT trước các mối đe dọa an ninh mạng

Mở rộng năng lực bảo vệ hạ tầng xOT trước các mối đe dọa an ninh mạng

Trong bối cảnh các hệ thống hạ tầng trọng yếu ngày càng phụ thuộc vào mạng lưới thiết bị kết nối phức tạp, Dragos - doanh nghiệp hàng đầu thế giới trong lĩnh vực an ninh mạng công nghệ vận hành (OT) - vừa công bố thương vụ mua lại Phosphorus nhằm mở rộng khả năng bảo vệ cho toàn bộ môi trường Công nghệ Vận hành Mở rộng (xOT).
Thị trường chứng khoán ngày 9/6: VN Index “rút chân” từ vùng 1.780 điểm, dòng tiền vẫn đứng ngoài quan sát

Thị trường chứng khoán ngày 9/6: VN Index “rút chân” từ vùng 1.780 điểm, dòng tiền vẫn đứng ngoài quan sát

Sau phiên giảm sâu trước, thị trường ngày 9/6 ghi nhận nhịp hồi phục kỹ thuật khi VN Index tăng nhẹ trở lại và hình thành mẫu nến rút chân tại vùng hỗ trợ quan trọng. Tuy nhiên, thanh khoản sụt giảm mạnh cho thấy dòng tiền vẫn đang thận trọng, trong khi áp lực bán ở một số nhóm ngành chưa hoàn toàn chấm dứt.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/6/2026: Tuổi Thân gặp quý nhân, tuổi Mão tài lộc khởi sắc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/6/2026: Tuổi Thân gặp quý nhân, tuổi Mão tài lộc khởi sắc

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 10/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe.
VAA bổ nhiệm Giáo sư lĩnh vực tự động hóa đảm nhiệm chức danh Phó Giám đốc Trung tâm TSDC

VAA bổ nhiệm Giáo sư lĩnh vực tự động hóa đảm nhiệm chức danh Phó Giám đốc Trung tâm TSDC

Sáng 8/6, tại Văn phòng Hệ sinh thái Doanh nghiệp Tự động hóa, thuộc Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA), đã diễn ra lễ kết nạp hội viên, đồng thời bổ nhiệm giữ chức vụ Phó Giám đốc Trung tâm Tìm kiếm và Phát triển công nghệ (TSDC) cho GS.TSKH. Trần Hoài Linh.
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/6: Giảm sử dụng margin, ưu tiên cơ cấu danh mục

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/6: Giảm sử dụng margin, ưu tiên cơ cấu danh mục

Sau phiên lao dốc khiến VN-Index đánh mất mốc 1.800 điểm, nhiều công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục thận trọng, ưu tiên hạ tỷ trọng sử dụng đòn bẩy và cơ cấu các cổ phiếu đã phá vỡ vùng hỗ trợ quan trọng để hạn chế rủi ro trong ngắn hạn.
Honor X7e ra mắt: Pin tới 7.500mAh, màn hình 120Hz, giá khoảng 6 triệu đồng

Honor X7e ra mắt: Pin tới 7.500mAh, màn hình 120Hz, giá khoảng 6 triệu đồng

Honor tiếp tục mở rộng danh mục smartphone phổ thông với Honor X7e - mẫu điện thoại nổi bật nhờ viên pin dung lượng lớn lên đến 7.500mAh, màn hình tần số quét 120Hz cùng giao diện Android 16 mới. Sản phẩm hướng tới người dùng cần một thiết bị bền bỉ, đáp ứng tốt các nhu cầu sử dụng hằng ngày với mức giá dễ tiếp cận.
Đầu tháng 6, sĩ tử Hà Nội đổ về Văn Miếu nhận xoài "Đăng khoa" cầu may

Đầu tháng 6, sĩ tử Hà Nội đổ về Văn Miếu nhận xoài "Đăng khoa" cầu may

Giữa mùa thi căng thẳng, hàng trăm sĩ tử đã tìm đến Văn Miếu - Quốc Tử Giám để nhận những trái xoài "Đăng khoa" được hái từ chính khuôn viên di tích. Không chỉ là món quà đặc biệt, mỗi trái xoài còn mang theo lời chúc thi cử hanh thông, học hành tấn tới giữa không gian lưu danh các bậc hiền tài của đất nước.
Thị trường chứng khoán ngày 8/6: Thị trường điều chỉnh trên diện rộng, VN Index mất mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 8/6: Thị trường điều chỉnh trên diện rộng, VN Index mất mốc 1.800 điểm

Nhà đầu tư đã chứng kiến một phiên giảm mạnh khi áp lực bán lan rộng trên hầu hết các nhóm ngành dưới tác động từ diễn biến tiêu cực của thị trường tài chính toàn cầu. VN Index đã mất gần 50 điểm và xuyên thủng mốc 1.800 điểm, dù vậy thanh khoản vẫn ở mức thấp và không xuất hiện hiện tượng bán tháo vẫn được xem là tín hiệu tích cực.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh

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 9/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
vn-web
song-gia-tri
gao-doc