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
Thị trường chứng khoán ngày 27/10: Cổ phiếu bất động sản lao dốc, VN-Index “bốc hơi” hơn 30 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 27/10: Cổ phiếu bất động sản lao dốc, VN-Index “bốc hơi” hơn 30 điểm

Thị trường chứng khoán mở cửa tuần mới (27/10) trong sắc đỏ bao trùm, khi áp lực bán mạnh ở nhóm cổ phiếu bất động sản, đặc biệt là “họ” Vingroup – khiến VN-Index giảm hơn 30 điểm, lùi sát mốc 1.650 điểm.
Chủ nghĩa Marx Sinh thái: Một tầm nhìn vượt thời gian về phát triển bền vững

Chủ nghĩa Marx Sinh thái: Một tầm nhìn vượt thời gian về phát triển bền vững

Có lẽ Chủ nghĩa Marxist sinh thái (Ecological Marxism) vẫn còn khá mới mẻ với bạn đọc trong nước. Điều này thể hiện rõ khi các công cụ tìm kiếm trực tuyến hầu như không cho kết quả đáng kể. Thực chất, đây là một lý thuyết phê phán chỉ ra rằng mâu thuẫn giữa tư bản và tự nhiên chính là cội nguồn của khủng hoảng môi trường hiện đại.
Công ước Hà Nội: Bộ Công an tăng cường hợp tác quốc tế về an ninh và phòng, chống tội phạm mạng

Công ước Hà Nội: Bộ Công an tăng cường hợp tác quốc tế về an ninh và phòng, chống tội phạm mạng

Các cuộc tiếp xúc song phương của Bộ trưởng Bộ Công an Lương Tam Quang bên lề Lễ mở ký Công ước Liên Hợp Quốc về chống tội phạm mạng (Công ước Hà Nội) sáng 26/10 tại Hà Nội đã khẳng định vai trò chủ động, tích cực của Việt Nam trong thúc đẩy hợp tác quốc tế về an ninh, thực thi pháp luật và phòng, chống tội phạm mạng.
Ông Nguyễn Mạnh Cường: Tự động hóa ở Việt Nam như con thuyền muốn ra biển lớn nhưng bị vướng bởi ba "mỏ neo" chính

Ông Nguyễn Mạnh Cường: Tự động hóa ở Việt Nam như con thuyền muốn ra biển lớn nhưng bị vướng bởi ba "mỏ neo" chính

Công nghệ tự động hóa (TĐH) đang là chủ lực trong nền kinh tế cạnh tranh. Xu hướng công nghệ TĐH hiện nay trên thế giới, bức tranh toàn cảnh công nghệ TĐH tại Việt Nam hiện nay đang như thế nào? Với vai trò là một tổ chức xã hội nghề nghiệp, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) cần làm gì để thúc đẩy phát triển công nghệ tự động hóa tại Việt Nam. Những chia sẻ của ông Nguyễn Mạnh Cường, Phó Tổng thư ký, Trưởng Văn phòng đại diện VAA tại Tp.HCM phần nào làm rõ những nội dung trên.
Samsung ra mắt Galaxy XR: Kính thực tế ảo biết "nhìn" và "nghe" nhờ trí tuệ nhân tạo Gemini

Samsung ra mắt Galaxy XR: Kính thực tế ảo biết "nhìn" và "nghe" nhờ trí tuệ nhân tạo Gemini

Vượt qua giới hạn của kính thực tế ảo truyền thống, Galaxy XR được Samsung trang bị chip mạnh mẽ, hệ điều hành Android XR và đặc biệt là AI Gemini - công nghệ giúp thiết bị trở thành người bạn đồng hành hiểu người dùng hơn bao giờ hết.
Grenera Southmark: Dòng chảy cảm xúc lan tỏa tại sự kiện “Greenera Flows in You”

Grenera Southmark: Dòng chảy cảm xúc lan tỏa tại sự kiện “Greenera Flows in You”

Chiều ngày 25/10, sự kiện trải nghiệm nghệ thuật “Greenera Flows in You” đã đưa gần 600 khách hàng và chuyên viên tư vấn cùng bước vào một hành trình cảm xúc đặc biệt. Trong không gian của ánh sáng, âm nhạc và cảm xúc, câu chuyện về một cuộc sống yên bình, bền vững tại Greenera Southmark đã được kể bằng ngôn ngữ của nghệ thuật – tinh tế, chạm sâu và đầy cảm hứng.
Giải pháp phân tích lưu lượng mạng nâng cao - Bước tiến mới trong quản lý và bảo mật hạ tầng OT

Giải pháp phân tích lưu lượng mạng nâng cao - Bước tiến mới trong quản lý và bảo mật hạ tầng OT

Một công ty tiên phong toàn cầu trong lĩnh vực hệ thống vật lý mạng (Cyber-Physical System Platform) dành cho mạng OT, vừa công bố mở rộng tính khả dụng toàn cầu cho Phân tích lưu lượng mạng nâng cao (Advanced Network Traffic Analytics) tính năng được tích hợp nguyên bản trong nền tảng TosiControl, sau khi ra mắt thành công tại thị trường Hoa Kỳ vào tháng 7 vừa qua.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/10/2025: Tuổi Dậu đón tin vui, tuổi Thìn cẩn thận tài lộc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/10/2025: Tuổi Dậu đón tin vui, tuổi Thìn cẩn thận tài lộc

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 27/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nhận định phiên giao dịch ngày 27/10: Có thể giải ngân từng phần tại các nhịp điều chỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 27/10: Có thể giải ngân từng phần tại các nhịp điều chỉnh

Thị trường chứng khoán nhiều khả năng tiếp tục giằng co trong phiên 27/10 khi lực cầu vẫn thận trọng trước áp lực chốt lời ngắn hạn. Theo các chuyên gia, nhà đầu tư có thể giải ngân từng phần tại các nhịp điều chỉnh, ưu tiên cổ phiếu cơ bản tốt và hưởng lợi từ kết quả kinh doanh quý III.
Thủ tướng kêu gọi các nước "5 đẩy mạnh" triển khai Công ước Hà Nội để "không ai bị bỏ lại phía sau trong kỷ nguyên số"

Thủ tướng kêu gọi các nước "5 đẩy mạnh" triển khai Công ước Hà Nội để "không ai bị bỏ lại phía sau trong kỷ nguyên số"

Tại Lễ mở ký Công ước Liên Hợp Quốc về chống tội phạm mạng, Thủ tướng Phạm Minh Chính kêu gọi các nước cùng “5 đẩy mạnh” triển khai Công ước Hà Nội, khẳng định cam kết của Việt Nam đồng hành cùng thế giới xây dựng không gian mạng an toàn, lành mạnh và bền vững.
song-gia-tri