Các nhà khoa học Mỹ tinh chỉnh kim loại ở cấp nguyên tử, tạo nền cho chip bán dẫn mới

Bùi Hiển
28/04/2026 07:26
D

Nhóm nghiên cứu Đại học Minnesota chứng minh kim loại có thể thay đổi hành vi điện tử khi kiểm soát độ dày màng ở thang nanomet. Công trình công bố trên Nature Communications mở ra cách thiết kế vật liệu bán dẫn hoàn toàn mới, không cần thay đổi thành phần hóa học.

Các nhà khoa học Mỹ tinh chỉnh kim loại ở cấp nguyên tử, tạo nền cho chip bán dẫn mới
Các tác giả nghiên cứu đang tập trung vào xúc tác có thể điều chỉnh được của các kim loại điện tử. Ảnh: Kalie Pluchel, Đại học Minnesota Twin Cities.

Các kỹ sư từ lâu xem kim loại như vật liệu cứng nhắc, khó can thiệp về mặt điện tử nếu không thay đổi thành phần hóa học. Nghiên cứu mới từ Đại học Minnesota Twin Cities đã lật ngược giả định đó: nhóm tác giả chứng minh kim loại có thể điều chỉnh hành vi điện tử chủ động ở cấp nguyên tử, chỉ bằng cách kiểm soát độ dày màng vật liệu. Kết quả công bố trên tạp chí Nature Communications, với sự tham gia của Viện Công nghệ Massachusetts và Đại học Texas A&M.

Phát hiện xoay quanh một hiệu ứng mà giới khoa học vốn chỉ biết đến ở chất cách điện và vật liệu sắt điện: hiện tượng phân cực, tức trạng thái các điện tích phân bố không đồng đều trong vật liệu. Nhóm nghiên cứu chứng minh hiện tượng này cũng xuất hiện trong kim loại khi nhà khoa học thiết kế cẩn thận vùng giao tiếp giữa các lớp vật liệu, nơi cấu trúc nguyên tử chuyển đổi từ lớp này sang lớp kia.

Thí nghiệm tập trung vào ruthenium dioxide, một kim loại dẫn điện thuộc nhóm oxit. Nhóm tác giả điều chỉnh độ dày màng vật liệu này ở thang nanomet và theo dõi sự thay đổi của hàm công thoát bề mặt, tức mức năng lượng cần thiết để kéo một electron ra khỏi bề mặt vật liệu. Khi độ dày tăng dần đến khoảng bốn nanomet, tương đương chiều rộng một sợi DNA, hàm công thoát dịch chuyển hơn một electron volt. Con số đó lớn đối với các hệ thống điện tử, nơi những thay đổi nhỏ về năng lượng có thể tạo ra sự khác biệt rõ rệt trong hiệu suất thiết bị.

"Chúng ta thường nghĩ hiện tượng phân cực chỉ xuất hiện ở chất cách điện hay chất sắt điện, chứ không phải kim loại," Giáo sư Bharat Jalan, Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Hóa học và Khoa học Vật liệu Đại học Minnesota, cho biết. "Nghiên cứu này cho thấy, thông qua thiết kế giao diện cẩn thận, bạn có thể ổn định sự phân cực trong hệ thống kim loại và dùng nó như công cụ để điều chỉnh các tính chất điện tử."

Kỹ thuật này khác về căn bản so với cách làm truyền thống. Thay vì pha tạp chất hóa học hoặc thay thế nguyên tố trong cấu trúc vật liệu, nhà khoa học chỉ can thiệp vào cấu trúc nguyên tử tại vùng giao tiếp, tức ranh giới giữa hai lớp vật liệu. Cách tiếp cận đơn giản hơn về mặt chế tạo và có khả năng mở rộng quy mô sản xuất cao hơn.

Seung Gyo Jeong, tác giả chính của công trình, mô tả phát hiện vượt quá dự đoán ban đầu của nhóm. Nhóm dự kiến sẽ quan sát các hiệu ứng giao diện nhỏ, nhưng thực tế cho thấy sự dịch chuyển cực tại cấp nguyên tử kết nối trực tiếp với các phép đo điện tử có thể kiểm soát được, điều mà nhóm mô tả là "đặc biệt thú vị."

Theo nhóm tác giả, kết quả này có thể tác động đến ba lĩnh vực công nghệ trọng điểm: sản xuất chất bán dẫn, hệ thống năng lượng sạchđiện toán lượng tử. Cả ba đều phụ thuộc vào việc kiểm soát chính xác hành vi điện tử ở bề mặt và giao diện vật liệu. Nghiên cứu nhận tài trợ từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Không quân Mỹ.

Theo nhận định của phóng viên, với hướng nghiên cứu này, các nhà sản xuất chip trong tương lai có thể tinh chỉnh tính chất điện tử của vật liệu mà không cần thay đổi công thức hóa học, từ đó rút ngắn vòng phát triển và giảm chi phí sản xuất trong ngành bán dẫn toàn cầu.

Thông tin thêm cho bạn:

Hàm công thoát bề mặt là mức năng lượng tối thiểu cần thiết để kéo một electron ra khỏi bề mặt kim loại. Chỉ số này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dẫn điện và hiệu suất của linh kiện bán dẫn. Electron volt là đơn vị đo năng lượng trong vật lý hạt nhân và điện tử, ký hiệu eV, bằng lượng năng lượng một electron thu được khi đi qua hiệu điện thế một volt. Nanomet bằng một phần tỷ mét, tương đương chiều rộng khoảng mười nguyên tử hydro xếp liền nhau.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng

Bình luận

Tối thiểu 10 chữ Tiếng việt có dấu Không chứa liên kết

Gửi bình luận

Tin cùng chuyên mục

CATL công bố thế hệ pin xe điện mới với những đột phá về công nghệ

CATL công bố thế hệ pin xe điện mới với những đột phá về công nghệ

Biến rác thải thành mỹ phẩm

Biến rác thải thành mỹ phẩm

Học máy giúp mạng 5G tiết kiệm điện nhưng vẫn giữ tốc độ cao

Học máy giúp mạng 5G tiết kiệm điện nhưng vẫn giữ tốc độ cao

Công nghệ quét 3D vật thể trong suốt chỉ mất 2 giây

Công nghệ quét 3D vật thể trong suốt chỉ mất 2 giây

Chip quang siêu nhanh giúp AI tiết kiệm năng lượng

Chip quang siêu nhanh giúp AI tiết kiệm năng lượng

Siêu máy tính đám mây dự báo thời tiết đầu tiên trên thế giới

Siêu máy tính đám mây dự báo thời tiết đầu tiên trên thế giới

Trung Quốc phóng 12 vệ tinh để xây dựng siêu máy tính đầu tiên trên quỹ đạo

Trung Quốc phóng 12 vệ tinh để xây dựng siêu máy tính đầu tiên trên quỹ đạo

Công nghệ chuyển đổi tín hiệu não thành giọng nói, giúp người liệt giao tiếp trở lại

Công nghệ chuyển đổi tín hiệu não thành giọng nói, giúp người liệt giao tiếp trở lại

Mô phỏng kỹ thuật số thúc đẩy hợp tác hiệu quả giữa người và robot trong công nghiệp

Mô phỏng kỹ thuật số thúc đẩy hợp tác hiệu quả giữa người và robot trong công nghiệp

NVIDIA ra mắt mô hình GR00T N1 cho robot hình người

NVIDIA ra mắt mô hình GR00T N1 cho robot hình người

Mặt trời nhân tạo mở ra bước tiến mới trong sản xuất hydro xanh

Mặt trời nhân tạo mở ra bước tiến mới trong sản xuất hydro xanh

Một mô hình ứng dụng công nghệ UAV và trí tuệ nhân tạo phục vụ chỉ huy và hỗ trợ ứng cứu tại hiện trường

Một mô hình ứng dụng công nghệ UAV và trí tuệ nhân tạo phục vụ chỉ huy và hỗ trợ ứng cứu tại hiện trường

Tin mới cập nhật

KYC, AML và hàng rào bảo vệ dữ liệu người dùng trên sàn tài sản số

KYC, AML và hàng rào bảo vệ dữ liệu người dùng trên sàn tài sản số

Thái Nguyên khởi công loạt dự án nghìn tỷ, tạo đà bứt phá tăng trưởng

Thái Nguyên khởi công loạt dự án nghìn tỷ, tạo đà bứt phá tăng trưởng

OPPO mở cuộc thi nhiếp ảnh toàn cầu 2026, lần đầu có hạng mục quay video

OPPO mở cuộc thi nhiếp ảnh toàn cầu 2026, lần đầu có hạng mục quay video

Google khai tử OTP, mở lối đăng nhập một chạm trên Android

Google khai tử OTP, mở lối đăng nhập một chạm trên Android

Hạ tầng 5G và IoT giải bài toán 5 điểm nghẽn cho đô thị thông minh Việt Nam

Hạ tầng 5G và IoT giải bài toán 5 điểm nghẽn cho đô thị thông minh Việt Nam

Sàn giao dịch tài sản số vận hành ra sao và những rủi ro nào đang chờ nhà đầu tư

Sàn giao dịch tài sản số vận hành ra sao và những rủi ro nào đang chờ nhà đầu tư

NASA ra mắt công cụ viết tên bằng ảnh vệ tinh Trái Đất gây sốt toàn cầu

NASA ra mắt công cụ viết tên bằng ảnh vệ tinh Trái Đất gây sốt toàn cầu

Thương hiệu kính mắt hàng đầu Nhật Bản Jins mở cửa hàng đầu tiên tại Hà Nội

Thương hiệu kính mắt hàng đầu Nhật Bản Jins mở cửa hàng đầu tiên tại Hà Nội

Ví điện tử và lưu ký tài sản số, ai thực sự nắm giữ tiền của nhà đầu tư trên sàn giao dịch

Ví điện tử và lưu ký tài sản số, ai thực sự nắm giữ tiền của nhà đầu tư trên sàn giao dịch

Kính thông minh đe dọa công bằng thi cử

Kính thông minh đe dọa công bằng thi cử

Bệnh viện Đa khoa Thọ Xuân nâng chất lượng khám chữa bệnh

Bệnh viện Đa khoa Thọ Xuân nâng chất lượng khám chữa bệnh

Claude cho phép tích hợp nhiều ứng dụng, tăng tốc hệ sinh thái AI

Claude cho phép tích hợp nhiều ứng dụng, tăng tốc hệ sinh thái AI

Tin đọc nhiều

CATL công bố thế hệ pin xe điện mới với những đột phá về công nghệ

CATL công bố thế hệ pin xe điện mới với những đột phá về công nghệ

Biến rác thải thành mỹ phẩm

Biến rác thải thành mỹ phẩm

Học máy giúp mạng 5G tiết kiệm điện nhưng vẫn giữ tốc độ cao

Học máy giúp mạng 5G tiết kiệm điện nhưng vẫn giữ tốc độ cao

Siêu máy tính đám mây dự báo thời tiết đầu tiên trên thế giới

Siêu máy tính đám mây dự báo thời tiết đầu tiên trên thế giới

Công bố kết quả giải trình tự 1.000 hệ gene người Việt: Giúp điều trị y tế chính xác hơn

Công bố kết quả giải trình tự 1.000 hệ gene người Việt: Giúp điều trị y tế chính xác hơn

Bước đột phá lớn trong việc sản xuất Lithium từ chất thải nhiên liệu hóa thạch

Bước đột phá lớn trong việc sản xuất Lithium từ chất thải nhiên liệu hóa thạch

Hé lộ những bí ẩn trong thư gửi thế hệ mai sau ở Nhà máy Thủy điện Hòa Bình

Hé lộ những bí ẩn trong thư gửi thế hệ mai sau ở Nhà máy Thủy điện Hòa Bình

Quasar: Những 'đèn hiệu' cực sáng trong Vũ trụ

Quasar: Những 'đèn hiệu' cực sáng trong Vũ trụ

Phương trình Einstein '100 năm tuổi' lần đầu tiên được sử dụng để tạo ra vật chất từ ánh sáng

Phương trình Einstein '100 năm tuổi' lần đầu tiên được sử dụng để tạo ra vật chất từ ánh sáng

Việt Nam nuôi cấy và phân lập thành công virus corona mới

Việt Nam nuôi cấy và phân lập thành công virus corona mới

Video xem nhiều

Giới thiệu chương trình bình chọn “Xe của năm 2022"

Giới thiệu chương trình bình chọn “Xe của năm 2022"

Ford F-150 Lightning 2022 ra mắt: Bán tải chạy điện giá khởi điểm chưa đến 40 nghìn USD

Ford F-150 Lightning 2022 ra mắt: Bán tải chạy điện giá khởi điểm chưa đến 40 nghìn USD

Thông điệp lan tỏa mùa dịch COVID-19

Thông điệp lan tỏa mùa dịch COVID-19

Clip: Khuyến cáo đối với người lao động, người làm việc, người bán hàng tại khu dịch vụ trong dịch Covid-19

Clip: Khuyến cáo đối với người lao động, người làm việc, người bán hàng tại khu dịch vụ trong dịch Covid-19

Cỗ xe lai phản lực tăng tốc từ 0 - 1010 km/h trong 50 giây tham vọng phá kỷ lục thế giới

Cỗ xe lai phản lực tăng tốc từ 0 - 1010 km/h trong 50 giây tham vọng phá kỷ lục thế giới

“Rắn tiên tri” dự đoán đội tuyển Việt Nam thắng Thái Lan

“Rắn tiên tri” dự đoán đội tuyển Việt Nam thắng Thái Lan

Pretzel - Bánh quy cây: Biểu tượng văn hoá châu Âu với nhiều tranh cãi về nguồn gốc

Pretzel - Bánh quy cây: Biểu tượng văn hoá châu Âu với nhiều tranh cãi về nguồn gốc

Làm thế nào để nâng cao tương tác giữa loa và phòng nghe hiệu quả

Làm thế nào để nâng cao tương tác giữa loa và phòng nghe hiệu quả

Trực tiếp: Apple ra mắt Iphone 11 tại Cupertino, California, Mỹ

Trực tiếp: Apple ra mắt Iphone 11 tại Cupertino, California, Mỹ

Chiếc điều hòa cá nhân này của Sony là tất cả những gì bạn cần để sống sót qua mùa hè nóng nực

Chiếc điều hòa cá nhân này của Sony là tất cả những gì bạn cần để sống sót qua mùa hè nóng nực

Những gì bạn muốn biết về 5G

Những gì bạn muốn biết về 5G

5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?

5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?

Bàn về tầm nhìn và các trụ cột của công nghệ thông tin di động 6G
04/03/2022
Chip xử lý A15 Bionic của Apple có gì mới
15/09/2021
Sex Education mùa 3 được Netflix công chiếu vào 17/9
14/09/2021
iPhone 13 không thay đổi nhiều về ngoại hình, camera được nâng cấp mạnh
13/09/2021
Cách xem trực tiếp sự kiện ra mắt iPhone 13 và Apple Watch 7
10/09/2021
VNEID của Bộ Công an khác các ứng dụng đang được vận hành?
10/09/2021
'Cái tôi' thời 4.0 và tính hai mặt của mạng xã hội
04/09/2021
'Muôn màu' cảm xúc của trẻ trong ngày khai giảng online
24/08/2021
Chủ tịch Chu Ngọc Anh giải toả 'ách tắc' về Giấy đi đường cho người dân Thủ đô
10/08/2021
Hàng loạt Macbook M1 tự dưng vỡ màn hình, Apple có đồng ý bảo hành?
02/08/2021
6 bộ phim hay nhất để xem trên VieON
29/01/2021
Bắc Ninh: Không ký kết triển khai dự án Owifi 5G với CSE Singapore
27/06/2020
Bị World Bank cấm dự thầu 7 năm, công ty Sao Bắc Đẩu thừa nhận sai sót
27/06/2020
Wefinex - Mô hình hoạt động đa cấp "đội lốt" đầu tài chính trên mạng internet
10/06/2020
Khai trừ MISA khỏi Câu lạc bộ Chữ ký số và Giao dịch điện tử Việt Nam
27/05/2020
Chuyển đổi số - Nên hiểu như thế nào cho đúng
25/05/2020
Chống thất thu thuế là thách thức lớn đối với nền kinh tế số
29/04/2020
Cách chuyển tập tin sang máy tính mới
10/11/2019
VNPT, MobiFone, VTC sẽ hoàn thành cổ phần hóa trước năm 2021
20/08/2019
5G thay đổi tương lai của bạn như thế nào?
26/07/2019
Nhận diện hành vi lừa đảo trên không gian mạng
25/07/2019
Truyền hình OTT - Hướng đi mới của các “nhà Đài”
24/07/2019