Thế Việt
Writer
Trong bối cảnh ngành công nghiệp bán dẫn đang vật lộn với giới hạn vật lý của vật liệu silicon truyền thống, một nhóm các nhà khoa học tại Mỹ vừa công bố một đột phá đầy hứa hẹn về vật liệu phân tử hữu cơ có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho thiết kế chip. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí uy tín Journal of the American Chemical Society, giới thiệu một phân tử mới được cho là vật liệu hữu cơ dẫn điện tốt nhất thế giới từng được tạo ra.
Vượt qua giới hạn dẫn điện của phân tử
Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Đại học Miami, phối hợp cùng hai giáo sư từ Viện Công nghệ Georgia và Đại học Rochester. Họ đã thành công trong việc thiết kế và tổng hợp một phân tử mới chủ yếu gồm các nguyên tố phổ biến trong tự nhiên như carbon, lưu huỳnh và nitơ.
Điểm đột phá nằm ở khả năng dẫn điện vượt trội của phân tử này. Nhà vật lý Kun Wang (Đại học Miami) cho biết: "Trước đây, chưa có vật liệu phân tử nào cho phép electron đi qua mà không mất đáng kể độ dẫn điện." Các phân tử hữu cơ thường có điện trở rất cao khi chiều dài tăng lên chỉ và nanomet. Tuy nhiên, công trình mới này cung cấp "bằng chứng đầu tiên cho thấy phân tử hữu cơ có thể để electron đi qua mà không mất năng lượng trong khoảng vài chục nanomet". Đây là một bước nhảy vọt về khả năng dẫn điện ở cấp độ phân tử. Phân tử mới này cũng được chứng minh là ổn định trong điều kiện môi trường thông thường và có thể được tổng hợp trong phòng thí nghiệm từ các vật liệu không đắt đỏ.
Ứng dụng tiềm năng: Từ dây dẫn nano đến qubit lượng tử
Khả năng dẫn điện siêu việt và ổn định của phân tử mới mở ra những ứng dụng tiềm năng to lớn trong lĩnh vực điện tử và điện toán thế hệ tiếp theo. Trong lĩnh vực điện toán cổ điển, nhà nghiên cứu Mehrdad Shiri (Đại học Miami) cho biết phân tử này có thể được tích hợp vào chip như những "sợi dây điện" hoặc "dây kết nối" nano siêu nhỏ, thay thế cho các đường dẫn bằng kim loại hoặc silicon hiện nay. Điều này có thể giúp tạo ra các thiết bị tính toán nhỏ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có chi phí sản xuất rẻ hơn, đồng thời mở đường cho những chức năng mới mà vật liệu silicon không thể đạt được.
Không chỉ dừng lại ở đó, Giáo sư Kun Wang còn nhấn mạnh một tiềm năng thú vị khác: "Độ dẫn điện siêu cao trong phân tử mới là kết quả của sự tương tác thú vị giữa các electron quay ở hai đầu phân tử." Tương tác spin này gợi ý rằng trong tương lai, hệ thống phân tử này có thể được khai thác để sử dụng như một qubit – đơn vị cơ bản cho điện toán lượng tử.
Phát hiện này được xem là một bước tiến đáng kể trong khoa học vật liệu và công nghệ nano, mang đến một giải pháp tiềm năng để vượt qua những giới hạn của Định luật Moore và vật liệu silicon truyền thống. Nếu có thể được tối ưu hóa và mở rộng quy mô sản xuất, phân tử hữu cơ siêu dẫn điện này có thể thực sự cách mạng hóa cách chúng ta thiết kế và chế tạo các thiết bị điện tử trong tương lai, từ máy tính cá nhân đến các hệ thống lượng tử tiên tiến.
Vượt qua giới hạn dẫn điện của phân tử
Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Đại học Miami, phối hợp cùng hai giáo sư từ Viện Công nghệ Georgia và Đại học Rochester. Họ đã thành công trong việc thiết kế và tổng hợp một phân tử mới chủ yếu gồm các nguyên tố phổ biến trong tự nhiên như carbon, lưu huỳnh và nitơ.
Điểm đột phá nằm ở khả năng dẫn điện vượt trội của phân tử này. Nhà vật lý Kun Wang (Đại học Miami) cho biết: "Trước đây, chưa có vật liệu phân tử nào cho phép electron đi qua mà không mất đáng kể độ dẫn điện." Các phân tử hữu cơ thường có điện trở rất cao khi chiều dài tăng lên chỉ và nanomet. Tuy nhiên, công trình mới này cung cấp "bằng chứng đầu tiên cho thấy phân tử hữu cơ có thể để electron đi qua mà không mất năng lượng trong khoảng vài chục nanomet". Đây là một bước nhảy vọt về khả năng dẫn điện ở cấp độ phân tử. Phân tử mới này cũng được chứng minh là ổn định trong điều kiện môi trường thông thường và có thể được tổng hợp trong phòng thí nghiệm từ các vật liệu không đắt đỏ.
Ứng dụng tiềm năng: Từ dây dẫn nano đến qubit lượng tử
Khả năng dẫn điện siêu việt và ổn định của phân tử mới mở ra những ứng dụng tiềm năng to lớn trong lĩnh vực điện tử và điện toán thế hệ tiếp theo. Trong lĩnh vực điện toán cổ điển, nhà nghiên cứu Mehrdad Shiri (Đại học Miami) cho biết phân tử này có thể được tích hợp vào chip như những "sợi dây điện" hoặc "dây kết nối" nano siêu nhỏ, thay thế cho các đường dẫn bằng kim loại hoặc silicon hiện nay. Điều này có thể giúp tạo ra các thiết bị tính toán nhỏ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có chi phí sản xuất rẻ hơn, đồng thời mở đường cho những chức năng mới mà vật liệu silicon không thể đạt được.
Không chỉ dừng lại ở đó, Giáo sư Kun Wang còn nhấn mạnh một tiềm năng thú vị khác: "Độ dẫn điện siêu cao trong phân tử mới là kết quả của sự tương tác thú vị giữa các electron quay ở hai đầu phân tử." Tương tác spin này gợi ý rằng trong tương lai, hệ thống phân tử này có thể được khai thác để sử dụng như một qubit – đơn vị cơ bản cho điện toán lượng tử.
Phát hiện này được xem là một bước tiến đáng kể trong khoa học vật liệu và công nghệ nano, mang đến một giải pháp tiềm năng để vượt qua những giới hạn của Định luật Moore và vật liệu silicon truyền thống. Nếu có thể được tối ưu hóa và mở rộng quy mô sản xuất, phân tử hữu cơ siêu dẫn điện này có thể thực sự cách mạng hóa cách chúng ta thiết kế và chế tạo các thiết bị điện tử trong tương lai, từ máy tính cá nhân đến các hệ thống lượng tử tiên tiến.
