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
GenAI và hành lang pháp lý: Bước đi chiến lược cho thời kỳ mới

GenAI và hành lang pháp lý: Bước đi chiến lược cho thời kỳ mới

Ngày 9/10, tại Hà Nội, sẽ diễn ra Diễn đàn trí tuệ nhân tạo Việt Nam 2025 - AI360 với chủ đề “Xây dựng doanh nghiệp và xã hội thông minh cùng AI”.
Nhận định phiên giao dịch ngày 7/10: VN-Index hướng tới mốc 1.700 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 7/10: VN-Index hướng tới mốc 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán Việt Nam ngày 6/10 chứng kiến phiên tăng mạnh mẽ, VN-Index bứt phá gần 50 điểm, đóng cửa tại 1.695,5 điểm, với giá trị khớp lệnh đạt 29.500 tỷ đồng trên sàn HoSE – mức cao nhất trong nhiều tuần gần đây.
Robot AI “Poseidon”: Bí quyết để sashimi tươi hơn gấp 3 lần

Robot AI “Poseidon”: Bí quyết để sashimi tươi hơn gấp 3 lần

Một startup ở khu vực Los Angeles đang dùng trí tuệ nhân tạo (AI) và robot để thay đổi cách chế biến sashimi: làm cá ngon hơn, bảo quản lâu hơn và chế biến theo một cách "nhân đạo" hơn.
Vinamilk- Doanh nghiệp F&B duy nhất được vinh danh Top 10 thương hiệu mạnh Việt Nam 2025

Vinamilk- Doanh nghiệp F&B duy nhất được vinh danh Top 10 thương hiệu mạnh Việt Nam 2025

Vừa qua, Vinamilk đã được vinh danh Top 10 Thương hiệu mạnh Việt Nam 2025. Đây là một trong những giải thưởng lớn của Chương trình Thương hiệu mạnh Việt Nam do Tạp chí Kinh tế Việt Nam – VnEconomy – Vietnam Economic Times khởi xướng từ năm 2003.
23 lĩnh vực bản đồ doanh nghiệp công nghệ số Việt Nam 2025 sắp được công bố

23 lĩnh vực bản đồ doanh nghiệp công nghệ số Việt Nam 2025 sắp được công bố

Chiều 6/10, tại Hà Nội, diễn ra Họp báo thông tin về chương trình Top 10 doanh nghiệp công nghệ số xuất sắc Việt Nam 2025 và Bản đồ doanh nghiệp công nghệ số Việt Nam do Hiệp hội Phần mềm và Dịch vụ CNTT Việt Nam (VINASA) chủ trì.
Bộ GDĐT và nhiều trường đại học ủng hộ sinh viên vùng bão hàng trăm tỷ đồng

Bộ GDĐT và nhiều trường đại học ủng hộ sinh viên vùng bão hàng trăm tỷ đồng

Khắc phục ảnh hưởng của cơn bão số 10 Bualoi, Bộ GDĐT ủng hộ 3,6 tỷ đồng. Nhiều trường đại học như Ngoại thương, Bách khoa, Công nghệ Bưu chính viễn thông, Kinh tế TP.HCM,… đã có những biện pháp thiết thực để hỗ trợ sinh viên quê ở các tỉnh thành chịu ảnh hưởng bão lũ, số tiền ủng hộ lên tới hàng trăm tỷ đồng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/10/2025: Tuổi Thìn hay gặp may, tuổi Ngọ mất tiền

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/10/2025: Tuổi Thìn hay gặp may, tuổi Ngọ mất tiền

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 7/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Liên hiệp Hội Việt Nam phát động ủng hộ đồng bào bị ảnh hưởng bão số 10

Liên hiệp Hội Việt Nam phát động ủng hộ đồng bào bị ảnh hưởng bão số 10

Trước hậu quả nặng nề do bão số 10 gây ra, Liên hiệp Hội Việt Nam phát động chương trình ủng hộ đồng bào bị thiệt hại, kêu gọi các hội viên và cán bộ cùng chung sức giúp người dân khắc phục khó khăn.
Thị trường chứng khoán ngày 06/10: Tin nâng hạng kích hoạt “risk-on”, VN Index áp sát mốc 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 06/10: Tin nâng hạng kích hoạt “risk-on”, VN Index áp sát mốc 1.700 điểm

Đón nhận thông tin tích cực về nâng hạng, thị trường 06/10 có sự bùng nổ trên diện rộng. VN Index chốt ngày với mức tăng gần 50 điểm, áp sát mốc 1.700 điểm, thanh khoản vọt trên 32,2 nghìn tỷ, sắc xanh lan tỏa với 259 mã tăng và 68 mã giảm – tâm lý “risk-on” quay lại rõ rệt.
Vinamilk khẳng định bản lĩnh tiên phong qua Bảng xếp hạng Top 50 năm 2025

Vinamilk khẳng định bản lĩnh tiên phong qua Bảng xếp hạng Top 50 năm 2025

14 năm liên tiếp được vinh danh trong Top50 Công ty kinh doanh hiệu quả nhất Việt Nam (TOP50), Vinamilk cho thấy bản lĩnh tiên phong và sức bền của doanh nghiệp đầu ngành, khẳng định vị thế biểu tượng thương hiệu quốc gia trong hành trình gần 50 năm phát triển.
song-gia-tri