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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/6/2026: Tuổi Thìn đón lộc quý nhân, tuổi Mão cần thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/6/2026: Tuổi Thìn đón lộc quý nhân, tuổi Mão cần thận trọng tiền bạc

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 7/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Hành trình "nhặt sao", "thắp trời" của CLB Sách THPT Chuyên Nguyễn Huệ

Hành trình "nhặt sao", "thắp trời" của CLB Sách THPT Chuyên Nguyễn Huệ

Hưởng ứng Ngày Sách và Văn hóa đọc Việt Nam 21/4, CLB BOOKERY OF CNH - CLB Sách của trường THPT chuyên Nguyễn Huệ đã tổ chức sự kiện quyên góp kết hợp từ thiện với mong muốn xây dựng một thư viện nhỏ cho các em học sinh còn nhiều khó khăn tại trường TH và THCS Hữu Liên (Lạng Sơn).
"Nhật Chiếu": Trạm dừng của học sinh Hà Nội gieo mầm văn chương cho trẻ em khó khăn

"Nhật Chiếu": Trạm dừng của học sinh Hà Nội gieo mầm văn chương cho trẻ em khó khăn

Giữa cái nắng oi ả của những ngày đầu tháng sáu, không gian tại Trung tâm Công tác xã hội và Quỹ bảo trợ trẻ em cơ sở 2 tại huyện Đông Anh, Hà Nội bỗng trở nên rộn ràng và ngập tràn ấm áp khí hơn bao giờ hết.
Chuẩn hóa dữ liệu và AI: hành động mở đường cho thế hệ doanh nghiệp tự vận hành mới

Chuẩn hóa dữ liệu và AI: hành động mở đường cho thế hệ doanh nghiệp tự vận hành mới

Trước áp lực tối ưu chi phí và nâng cao tốc độ ra quyết định, mô hình “doanh nghiệp tự vận hành” đang trở thành đích đến tiếp theo của chuyển đổi số. Tại workshop diễn ra ngày 05/06/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, các chuyên gia đã cùng mổ xẻ bài toán cộng hưởng giữa chuẩn hóa dữ liệu, công nghệ IDP và thế hệ AI hành động (AI Agent).
Doanh nghiệp nhỏ tìm lời giải cho bài toán vốn và chuyển đổi tài chính số

Doanh nghiệp nhỏ tìm lời giải cho bài toán vốn và chuyển đổi tài chính số

Tiếp cận vốn và chuyển đổi tài chính số tiếp tục là hai thách thức lớn đối với doanh nghiệp nhỏ và vừa (SMEs), hộ kinh doanh trong bối cảnh áp lực cạnh tranh gia tăng và yêu cầu thích ứng với môi trường kinh doanh ngày càng cao. Đây cũng là vấn đề xuyên suốt được đề cập tại hội thảo “Kết nối và tư vấn giải pháp tài chính cho cộng đồng VINASME” diễn ra ngày 05/06/2026 tại TP. Hồ Chí Minh.
Mô phỏng điều khiển quy trình: “Chìa khóa số” nâng cao hiệu quả các dự án tự động hóa

Mô phỏng điều khiển quy trình: “Chìa khóa số” nâng cao hiệu quả các dự án tự động hóa

Trong bối cảnh các nhà máy ngày càng đẩy mạnh chuyển đổi số, mô phỏng điều khiển quy trình đang trở thành công cụ quan trọng nhằm giảm rủi ro, tối ưu vận hành và nâng cao hiệu quả triển khai tự động hóa. Theo các chuyên gia trong lĩnh vực điều khiển quy trình, mô phỏng không còn đơn thuần là bước thử nghiệm kỹ thuật mà đã phát triển thành một nền tảng chiến lược xuyên suốt vòng đời nhà máy.
Thứ trưởng Bùi Hoàng Phương: Chuyển đổi số phải tạo ra cách làm mới, không chỉ số hóa quy trình cũ

Thứ trưởng Bùi Hoàng Phương: Chuyển đổi số phải tạo ra cách làm mới, không chỉ số hóa quy trình cũ

Chuyển đổi số không đơn thuần là đưa các quy trình hiện có lên môi trường số hay đầu tư thêm công nghệ. Theo Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Bùi Hoàng Phương, giá trị cốt lõi của chuyển đổi số nằm ở việc tạo ra những cách làm mới, quy trình mới với hiệu quả vượt trội, từ đó giải quyết các vấn đề thực tiễn của người dân, doanh nghiệp và cơ quan quản lý.
Thị trường chứng khoán ngày 5/6: VN-Index hồi phục nhẹ, thanh khoản sụt giảm

Thị trường chứng khoán ngày 5/6: VN-Index hồi phục nhẹ, thanh khoản sụt giảm

Thị trường chứng khoán khép lại phiên giao dịch ngày 5/6 với diễn biến phân hóa rõ nét khi VN-Index quay lại sắc xanh nhưng đà tăng không lan tỏa, trong bối cảnh thanh khoản suy yếu và dòng tiền tiếp tục giữ trạng thái thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/6/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu bứt phá trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/6/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu bứt phá trong công việc

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 6/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Đẩy mạnh quản trị đô thị, chuyển đổi số và an sinh: Những ưu tiên mới của TP. Hồ Chí Minh

Đẩy mạnh quản trị đô thị, chuyển đổi số và an sinh: Những ưu tiên mới của TP. Hồ Chí Minh

Nhà ở xã hội, chuyển đổi số cộng đồng, vận hành bộ máy mới và quản lý tài nguyên là những nội dung nổi bật được các sở, ngành, địa phương thông tin tại họp báo kinh tế - xã hội TP. Hồ Chí Minh diễn ra vào chiều ngày 04/06/2026
vn-web
song-gia-tri
gao-doc