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
dai-hoi-dang
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/1: Kiểm định vùng 1.850 – 1.860 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/1: Kiểm định vùng 1.850 – 1.860 điểm

Sau phiên 15/1 giảm mạnh dưới áp lực chốt lời, VN-Index lùi về 1.864,8 điểm và có thời điểm mất sát mốc 1.845 điểm trước khi hồi nhẹ cuối phiên. Diễn biến này cho thấy thị trường đang trong nhịp điều chỉnh kỹ thuật, với khả năng kiểm định vùng hỗ trợ 1.850–1.860 điểm trong phiên 16/1.
Những thành tựu nổi bật ngành khoa học công nghệ 2025

Những thành tựu nổi bật ngành khoa học công nghệ 2025

Năm 2025 đánh dấu bước chuyển mạnh mẽ của ngành khoa học và công nghệ Việt Nam, với hàng loạt dấu ấn nổi bật từ tái cấu trúc bộ máy quản lý, hoàn thiện thể chế, xác lập các công nghệ chiến lược, đến bứt phá về hạ tầng số và lan tỏa tri thức số trong xã hội. Những thành tựu này không chỉ khẳng định vai trò then chốt của khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số, mà còn tạo nền tảng quan trọng cho tăng trưởng nhanh và bền vững của đất nước trong giai đoạn mới.
Tái bản nhiều ấn phẩm đặc biệt chào mừng Đại hội Đảng lần thứ XIV

Tái bản nhiều ấn phẩm đặc biệt chào mừng Đại hội Đảng lần thứ XIV

Chủ tịch Hồ Chí Minh là người thầy vĩ đại của cách mạng Việt Nam, người sáng lập và rèn luyện Đảng ta, người Cha kính yêu của toàn dân tộc. Thiết thực chào mừng Đại hội XIV của Đảng, Nhà xuất bản Chính trị quốc gia Sự thật tái bản các công trình đồ sộ: Hồ Chí Minh Toàn tập (15 tập), Hồ Chí Minh - Biên niên tiểu sử (10 tập) và Chủ tịch Hồ Chí Minh - Ngày này năm xưa (2 tập). Những tư liệu quý giá này góp phần bồi đắp niềm tin, bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng, đưa dân tộc Việt Nam vững bước vào kỷ nguyên vươn mình phát triển.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/1/2026: Tuổi Sửu không nên vội vàng, tuổi Tuất lạc quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/1/2026: Tuổi Sửu không nên vội vàng, tuổi Tuất lạc quan

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 16/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 15/1: Cổ phiếu trụ bị chốt lời hàng loạt, VN Index điều chỉnh phiên thứ hai liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 15/1: Cổ phiếu trụ bị chốt lời hàng loạt, VN Index điều chỉnh phiên thứ hai liên tiếp

Dù VN Index tiếp tục giảm điểm và khối ngoại tăng cường bán ròng, thị trường không rơi vào trạng thái tiêu cực. Dòng tiền có dấu hiệu rời nhóm trụ để tìm đến midcap, giúp số mã tăng vẫn chiếm ưu thế và nhiều nhóm ngành hồi phục tích cực.
Hơn 600 phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng

Hơn 600 phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng

Trung tâm Báo chí Đại hội XIV của Đảng chính thức khai trương vào chiều 14/1, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, phục vụ cho hơn 600 nhà báo, phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tham gia tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng.
An ninh mạng Việt Nam 2025: Số vụ tấn công giảm, rủi ro với doanh nghiệp lại tăng

An ninh mạng Việt Nam 2025: Số vụ tấn công giảm, rủi ro với doanh nghiệp lại tăng

Dù tổng số cuộc tấn công mạng trong năm 2025 giảm gần 20% so với năm trước, hơn một nửa cơ quan, doanh nghiệp tại Việt Nam vẫn ghi nhận thiệt hại. Báo cáo mới của Hiệp hội An ninh mạng quốc gia cho thấy tin tặc đang chuyển sang các chiến lược tấn công có chọn lọc, tinh vi hơn, trong khi nhiều tổ chức vẫn thiếu hụt nghiêm trọng về nhân lực và giải pháp bảo mật.
Thị trường chứng khoán ngày 14/1: Áp lực chốt lời xuất hiện, VN Index rơi hơn 30 điểm rồi bật ngược cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 14/1: Áp lực chốt lời xuất hiện, VN Index rơi hơn 30 điểm rồi bật ngược cuối phiên

Áp lực chốt lời bùng lên khá mạnh sau khi VN Index vượt 1.900 điểm khiến chỉ số có lúc rơi thẳng về vùng 1.870 điểm. Tuy nhiên, dòng tiền bắt đáy nhập cuộc mạnh mẽ đã giúp thị trường rút chân ấn tượng, thanh khoản vọt lên gần 46,4 nghìn tỷ đồng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/1/2026: Tuổi Dần cơ hội kiếm tiền, tuổi Thân không mấy suôn sẻ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/1/2026: Tuổi Dần cơ hội kiếm tiền, tuổi Thân không mấy suôn sẻ

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 15/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chào năm mới 2026: Tạp chí Thanh niên cùng tuổi trẻ Việt Nam tự hào, vững tin theo Đảng

Chào năm mới 2026: Tạp chí Thanh niên cùng tuổi trẻ Việt Nam tự hào, vững tin theo Đảng

Năm 2025 khép lại với nhiều dấu mốc quan trọng của đất nước, là năm gắn với những sự kiện trọng đại của Đảng, của dân tộc và của báo chí cách mạng Việt Nam. Đồng thời, đây cũng là năm cả hệ thống chính trị chuyển động mạnh mẽ trong sắp xếp, tinh gọn tổ chức bộ máy; môi trường truyền thông thích ứng nhanh trước sự phát triển vượt bậc của công nghệ số; yêu cầu tuyên truyền, phổ biến chủ trương, đường lối, nghị quyết của Đảng, pháp luật của Nhà nước ngày càng đặt ra tiêu chuẩn cao hơn, nhanh hơn, hiệu quả hơn đối với mỗi cơ quan báo chí, nhất là các cơ quan có tính chất lý luận, nghiệp vụ như Tạp chí Thanh niên.
song-gia-tri