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 5/2: Hạn chế việc mua thêm

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/2: Hạn chế việc mua thêm

Sau phiên giảm mạnh ngày 4/2 khiến VN-Index đánh mất mốc tâm lý 1.800 điểm, xu hướng ngắn hạn của thị trường được đánh giá kém tích cực hơn. Trong bối cảnh rủi ro điều chỉnh vẫn hiện hữu, nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế việc mua thêm và ưu tiên quản trị danh mục.
Dấu ấn đời người

Dấu ấn đời người

Kỷ nguyên số hiện nay nổi bật như một kỷ nguyên của những thay đổi chưa từng có, được đặc trưng bởi sự tiến bộ công nghệ nhanh chóng, cạnh tranh mạnh mẽ trong nền kinh tế thị trường và những chuyển biến xã hội. Thời điểm cần đổi mới sáng tạo nhất là khi quốc gia đối mặt với sự thay đổi của thị trường, áp lực cạnh tranh, hoặc cần tối ưu hóa quy trình để tồn tại và phát triển.
Ứng dụng công nghệ trong kiểm soát an toàn thực phẩm

Ứng dụng công nghệ trong kiểm soát an toàn thực phẩm

Để ứng phó với tình trạng hàng giả, hàng kém chất lượng, đặc biệt trên môi trường điện tử, Bộ KH&CN đang thúc đẩy ứng dụng các công cụ quản lý hiện đại dựa trên công nghệ, góp phần nâng cao hiệu quả kiểm soát an toàn thực phẩm, nhất là trong dịp Tết Nguyên đán.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/2/2026: Tuổi Thân nhiều cơ hội kiếm tiền, tuổi Sửu khó bình yên

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/2/2026: Tuổi Thân nhiều cơ hội kiếm tiền, tuổi Sửu khó bình yên

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 5/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 4/2: VN Index chính thức mất mốc 1.800 điểm, dòng tiền vẫn bám trụ ở midcap

Thị trường chứng khoán ngày 4/2: VN Index chính thức mất mốc 1.800 điểm, dòng tiền vẫn bám trụ ở midcap

Áp lực bán quay trở lại mạnh mẽ trong phiên giao dịch ngày 04/02, đặc biệt đến từ nhóm cổ phiếu họ Vin và một số trụ lớn, khiến VN Index chính thức đánh mất mốc tâm lý 1.800 điểm. Tuy nhiên, độ rộng thị trường vẫn khá tích cực khi dòng tiền tiếp tục luân chuyển mạnh ở nhóm cổ phiếu vốn hóa vừa.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/2: Nhà đầu tư duy trì giải ngân từng phần

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/2: Nhà đầu tư duy trì giải ngân từng phần

Phiên giao dịch ngày 3/2 cho thấy những tín hiệu hồi phục bước đầu của thị trường sau chuỗi điều chỉnh sâu, dù xu hướng ngắn hạn vẫn chưa thực sự rõ ràng. Trong bối cảnh dòng tiền còn thận trọng và thị trường cần thêm tín hiệu xác nhận, nhà đầu tư trung và dài hạn được khuyến nghị tiếp tục giải ngân từng phần, ưu tiên các cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt khi chỉ số điều chỉnh về vùng hỗ trợ.
Nội gián - “mũi đột phá” mới của tội phạm mạng

Nội gián - “mũi đột phá” mới của tội phạm mạng

Hoạt động ransomware đang bước vào một giai đoạn phát triển mới, nơi các băng nhóm tội phạm mạng không còn đơn thuần dựa vào kỹ thuật xâm nhập từ bên ngoài mà chuyển sang mô hình vận hành giống doanh nghiệp, có chiến lược tuyển dụng, phân cấp và mở rộng quy mô. Mối đe dọa mạng mới nhất của NCC Group cho thấy, trong tháng 12/2025, các cuộc tấn công ransomware tăng 13% so với tháng trước, trùng với giai đoạn nghỉ lễ – thời điểm nhiều doanh nghiệp thiếu nhân sự trực giám sát hệ thống.
Thủ tướng Chính phủ ban hành Chiến lược truyền thông quảng bá hình ảnh Việt Nam ra nước ngoài

Thủ tướng Chính phủ ban hành Chiến lược truyền thông quảng bá hình ảnh Việt Nam ra nước ngoài

Ngày 27/01/2026, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 173/QĐ-TTg ban hành Chiến lược truyền thông quảng bá hình ảnh Việt Nam ra nước ngoài giai đoạn 2026 - 2030, tầm nhìn đến năm 2045.
Hà Nội ra mắt Chợ Chuyển đổi số và Sàn Giao dịch Công nghệ

Hà Nội ra mắt Chợ Chuyển đổi số và Sàn Giao dịch Công nghệ

Việc ra mắt Chợ Chuyển đổi số và Sàn Giao dịch Công nghệ Hà Nội là bước đi quan trọng của TP Hà Nội trong tổ chức thị trường khoa học - công nghệ, kết nối cung - cầu, thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu và chuyển đổi số theo nhu cầu thực tiễn.
Tạp chí MCA thúc đẩy lộ trình đạt chuẩn quốc tế

Tạp chí MCA thúc đẩy lộ trình đạt chuẩn quốc tế

Vào chiều ngày 2/2/2026, Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đã chủ trì cuộc họp với Hội đồng Biên tập Kỳ Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA) cùng các lãnh đạo Hội Tự động hóa Việt Nam. Cuộc họp nhằm tổng kết đánh giá tình hình thực tế hiện nay của Tạp chí MCA (trước đây là Chuyên san Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa) và thúc đẩy các giải pháp cho mục tiêu đạt chuẩn quốc tế.
song-gia-tri