Buzz
Chúng ta luôn cố gắng 'vượt qua' định luật Moore suốt nhiều năm qua, và đây là một cơ hội mới để tiếp tục thử thách nó.
Để tăng cường sức mạnh tính toán cho con chip bé xíu, các kỹ sư và các nhà khoa học phải tìm được cách đưa thêm bóng bán dẫn lên một mảnh silicon vốn đã rất chật chội. Điều đáng buồn: định luật Moore ngăn chúng ta làm vậy, bởi lẽ sẽ đến lúc ta không thể làm cho dây dẫn nhỏ hơn được nữa. Nhưng rõ ràng các kỹ sư không bỏ cuộc dễ dàng thế.
Thay vì làm cho dây mỏng hơn, các nhà nghiên cứu “lách luật” bằng cách xoắn dây lại để đẩy giới hạn dưới của kích cỡ dây ra xa hơn nữa. Nhóm các nhà khoa học được hậu thuẫn tài chính bởi Quân đội Mỹ đã tìm ra cách vặn dây nano làm từ nguyên tố đất hiếm telua để tạo ra một bóng bán dẫn có chiều ngang chỉ vài nano mét.
'Vật liệu tellurium này quả thật độc nhất vô nhị', Peide Ye, kỹ sư điện công tác tại Đại học Purdue cho hay. 'Từ nó, chúng tôi có thể làm được loại bóng bán dẫn nhỏ nhất thế giới'.
Bóng bán dẫn là thành phần tối quan trọng trong đồ điện tử, việc bật/tắt dòng điện đi qua bóng bán dẫn biểu diễn cho hai giá trị 0 và 1 trong hệ đếm nhị phân, và chính qua bóng bán dẫn mà thông tin có thể truyền đi trong thiết bị điện tử. Càng nhiều bóng bán dẫn, sức mạnh tính toán sẽ càng tăng nhưng đi kèm với nó, nhiệt tạo ra từ quá trình đồ điện tử hoạt động cũng càng nhiều.
Từ năm 1965, George Moore, đồng sáng lập hãng linh kiện điện tử Intel đã nói rằng xu hướng sản xuất chip tương lai là cứ 2 năm/lần, lượng bóng bán dẫn tăng gấp đôi. Những năm gần đây, định luật Moore không còn đúng như trước, độ đặc của bóng bán dẫn trên chip không còn tăng mạnh như xưa.
Một cách để vượt qua hạn chế là giảm số nguyên tử trong nguyên liệu sản xuất bóng bán dẫn, vẫn đảm bảo hoạt động của thiết bị. Đó là khi ta tìm đến telua.
Telua là một nguyên tố hiếm được sử dụng trong sản xuất hợp kim, làm tăng độ cứng của vật liệu và giảm khả năng ăn mòn của môi trường. Nó cũng có tính chất của chất bán dẫn - trong một số trường hợp, nó dẫn điện nhưng có điện trở khi ở trong điều kiện khác.
Quan sát telua ở mức hiển vi, các nhà khoa học phát hiện rằng các nguyên tử của nó không xếp thẳng, mà hình dạng giống như con rắn. 'Cấu trúc này rất độc đáo', giáo sư Ye nói.
Nghiên cứu kỹ hơn, các kỹ sư phát hiện chuỗi nguyên tử telua hình thành từ các cặp nguyên tử telua gắn chặt với nhau, tạo thành dạng tinh thể và xoắn ốc thành chuỗi bởi lực van der Waals - một loại lực yếu sinh ra khi nguyên tử/phân tử được đặt gần nhau.
Do lực van der Waals yếu (các hạt có thể dễ dàng tan biến khi đặt gần nhau), việc làm ra đồ điện tử bằng dây nano kết nối theo cách này không hiệu quả. Để tạo ra cấu trúc vững chãi, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm một vật liệu khác có thể giữ chặt liên kết của các nguyên tử telua.
Ống nano từ bo nitrua có thể là lời giải. Chuỗi xoắn telua không chỉ nằm trong ống, mà ống này còn là chất cách nhiệt, khiến cả cấu trúc trở thành một bóng bán dẫn. Quan trọng hơn, dây bán dẫn chỉ rộng 2 nano mét, đủ mỏng để so sánh với kỷ lục dây 1 nano mét mới được thiết lập vài năm trước.
Thời gian sẽ chỉ ra liệu ta có thể làm cho dây mỏng hơn nữa và liệu nó có hoạt động không. Nếu thành công, đây sẽ là bước tiến mới trong quá trình sản xuất bóng bán dẫn/đồ điện tử thế hệ mới.
Trong bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ tìm cách tinh chỉnh thiết bị để nâng cao hiệu suất của toàn hệ thống, sử dụng một cách hiệu quả những bóng bán dẫn siêu nhỏ này.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Electronics.
