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-thong-bao
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/2/2026: Tuổi Ngọ thuận lợi bất ngờ, tuổi Tỵ nhiều tác động xấu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/2/2026: Tuổi Ngọ thuận lợi bất ngờ, tuổi Tỵ nhiều tác động xấu

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 26/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 25/2: Áp lực chốt lời gia tăng, thị trường điều chỉnh nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 25/2: Áp lực chốt lời gia tăng, thị trường điều chỉnh nhẹ

Sau chuỗi 5 phiên tăng liên tiếp, thị trường xuất hiện sắc đỏ trở lại khi VN Index điều chỉnh nhẹ và hình thành mẫu nến Doji nhỏ. Thanh khoản tiếp tục gia tăng cho thấy áp lực chốt lời mạnh lên khi chỉ số tiến sát vùng 1.900 điểm.
Hà Nội sắp công bố thành lập Trung tâm Đổi mới sáng tạo

Hà Nội sắp công bố thành lập Trung tâm Đổi mới sáng tạo

Với vốn điều lệ 100 tỷ đồng, trong đó UBND thành phố nắm 70% cổ phần, cùng sự tham gia của Đại học Bách khoa Hà Nội và Tập đoàn CMC, HiHUB được kỳ vọng trở thành đầu mối điều phối hệ sinh thái đổi mới sáng tạo, thúc đẩy khởi nghiệp và công nghệ cao tại Thủ đô.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/2: Tăng tỷ trọng ở các mã đang có lợi nhuận

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/2: Tăng tỷ trọng ở các mã đang có lợi nhuận

Sau 5 phiên tăng liên tiếp với thanh khoản cải thiện rõ rệt, VN-Index đang củng cố đà hồi phục và hướng tới mốc 1.900 điểm. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục nắm giữ danh mục, đồng thời tận dụng những nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng ở các cổ phiếu đang có lợi nhuận.
Phát triển kỹ năng AI - mở ra kỷ nguyên mới cho robot công nghiệp

Phát triển kỹ năng AI - mở ra kỷ nguyên mới cho robot công nghiệp

Trong nhiều thập kỷ, robot công nghiệp chủ yếu bị giới hạn trong các nhiệm vụ lặp lại, đơn mục đích và hoạt động trong môi trường được kiểm soát chặt chẽ do sự phức tạp của thế giới thực. Tuy nhiên, với nền tảng Acteris, Trener Robotics (trước đây là T-Robotics) đang hướng tới việc thay đổi căn bản mô hình này bằng cách đưa trí tuệ nhân tạo trở thành trung tâm của hoạt động robot.
Giám sát tải không xâm lấn bằng mạng nơ-ron tích chập: Một cách tiếp cận dữ liệu chuỗi thời gian

Giám sát tải không xâm lấn bằng mạng nơ-ron tích chập: Một cách tiếp cận dữ liệu chuỗi thời gian

Nghiên cứu này nâng cao hiệu suất của CNN bằng cách tích hợp các đặc điểm chuỗi thời gian để cải thiện độ chính xác và xử lý các sự kiện chuyển mạch.
Linh vật trong thời đại số

Linh vật trong thời đại số

Có dịp đi du lịch vòng quanh thế giới, chúng ta rất dễ nhận thấy hầu hết các thành phố, địa phương khắp các châu lục đều có những tượng đài với hình ảnh và truyền thuyết về linh vật (mascot) được đặt ở những vị trí và không gian công cộng trang trọng nhất, sự tồn tại của nó khắc sâu vào tâm khảm của người dân, gợi nhắc về quá khứ và về một truyền thống chung của cộng đồng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/2/2026: Tuổi Mão tương đối thuận lợi, tuổi Dâu gặp phải khó khăn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/2/2026: Tuổi Mão tương đối thuận lợi, tuổi Dâu gặp phải khó khăn

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 25/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 24/2: VN Index rút chân tăng điểm, dòng tiền cải thiện mạnh sau nhịp rung lắc đầu phiên

Thị trường chứng khoán ngày 24/2: VN Index rút chân tăng điểm, dòng tiền cải thiện mạnh sau nhịp rung lắc đầu phiên

Dù chịu tác động tiêu cực từ diễn biến giảm điểm của chứng khoán Mỹ trong đêm trước, thị trường nhanh chóng hồi phục và đóng cửa ở mức cao nhất phiên. Thanh khoản gia tăng mạnh, khối ngoại mua ròng trở lại, cho thấy nội lực thị trường đang dần cải thiện.
Siemens thử nghiệm robot hình người trong logistics công nghiệp

Siemens thử nghiệm robot hình người trong logistics công nghiệp

Siemens và Humanoid - công ty AI và robot có trụ sở tại Anh vừa hoàn tất thành công một dự án thử nghiệm (proof of concept - POC) nhằm đánh giá khả năng ứng dụng robot hình người trong lĩnh vực logistics công nghiệp.
song-gia-tri