ÚC – Các nhà nghiên cứu tại đại học Monash (Monash university) đã ghi lại chính xác các chuyển động của nguyên tử trong quá trình ghi dữ liệu vào các thiết bị bộ nhớ thế hệ mới. Phát hiện này có thể mở đường cho việc sản xuất các thiết bị điện tử nhỏ hơn, nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Được công bố trên tạp chí Nature Communications, nghiên cứu do Tiến sĩ Kousuke Ooe, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại khoa vật lý và thiên văn học thuộc đại học Monash, đồng thời là tác giả chính, phối hợp cùng Giáo sư Joanne Etheridge.

Thông qua việc sử dụng kỹ thuật hiển vi điện tử (electron microscopy) (1) tiên tiến tại trung tâm hiển vi điện tử Monash (MCEM – Monash centre for electron microscopy), nhóm nghiên cứu đã ghi lại được những chuyển động ở quy mô nguyên tử bên trong các vật liệu bộ nhớ đầy triển vọng, được gọi là vật liệu sắt điện cấu trúc fluorite (fluorite-type ferroelectrics) (2). Loại vật liệu này có tiềm năng vượt qua các giới hạn hiện tại về kích thước và hiệu suất của các thiết bị lưu trữ (memory device).
(1) Electron microscopy: là một kỹ thuật quan sát siêu hiển vi sử dụng chùm electron (điện tử) để tạo ra hình ảnh của các mẫu vật ở độ phân giải cao.
(2) Vật liệu sắt điện (ferroelectric): là một nhóm vật liệu đặc biệt có khả năng tự duy trì một độ phân cực điện ngay cả khi không có điện trường ngoài tác động.
– Cấu trúc fluorite (fluorite-type): là một kiểu sắp xếp tinh thể cụ thể giúp vật liệu này hoạt động ổn định ở kích thước siêu nhỏ.

Các công nghệ dân dụng như điện thoại thông minh, thiết bị y tế, đồ điện tử đeo tay và thẻ IC (integrated circuit) không tiếp xúc dùng trong giao thông công cộng đều lưu trữ dữ liệu dưới dạng hàng tỷ chữ số nhị phân 0 và 1.

Trong các loại vật liệu này, vị trí vật lý của một nguyên tử đóng vai trò như một “công tắc”, và việc di chuyển nguyên tử chỉ một phần nhỏ nanomet chính là cách để chuyển đổi một bit dữ liệu từ 0 sang 1.

Nghiên cứu này chỉ ra chính xác cách thức chuyển động vật lý đó diễn ra trong thời gian thực. Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể quan sát trực tiếp quá trình chuyển đổi này thực sự diễn ra như thế nào trong những khoảnh khắc nhỏ của giây.

Họ phát hiện ra rằng quá trình chuyển đổi không diễn ra trong một bước duy nhất mà thông qua các cấu trúc nguyên tử trung gian chưa được biết đến, và quá trình này có thể kiểm soát bằng cách thay đổi thành phần của vật liệu.

Tiến sĩ Ooe chia sẻ: “Bằng cách sử dụng kỹ thuật hiển vi điện tử hiện đại nhất, chúng tôi đã có thể trực tiếp quan sát các nguyên tử chuyển động trong quá trình chuyển đổi, cơ chế nền tảng cho cách các thiết bị bộ nhớ lưu trữ thông tin. Điều này mang lại một cấp độ hiểu biết hoàn toàn mới: không chỉ nhận biết được rằng quá trình chuyển đổi có diễn ra, mà còn có thể hiểu được cách nó vận hành ở kích thước nguyên tử”.

Tiến sĩ Ooe nói tiếp: “Điều thú vị là giờ đây có thể nhìn ra các phương thức để kiểm soát hành vi này. Điều đó mở ra tiềm năng cho việc thiết kế các loại vật liệu nhanh hơn, ổn định hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.”

Giáo sư Etheridge từ khoa vật lý và thiên văn học, đồng thời là Cố vấn khoa học tại trung tâm hiển vi điện tử Monash, nói rằng: “Công nghệ hiện đại đòi hỏi bộ nhớ ngày càng nhỏ gọn và hiệu quả về năng lượng. Những vật liệu này rất hứa hẹn vì chúng tiếp tục hoạt động ngay cả ở những kích thước mà các vật liệu truyền thống thường gặp lỗi.”

Giáo sư Etheridge chia sẻ: “Bằng cách tìm ra lộ trình mà các nguyên tử di chuyển trong quá trình chuyển đổi, công trình này cung cấp các bản đồ ở quy mô nguyên tử để kỹ thuật hóa thế hệ thiết bị bộ nhớ tiếp theo.”

Các phát hiện này cung cấp những hiểu biết quan trọng về thiết kế cho các vật liệu sắt điện thế hệ mới, đặc biệt là cách các nguyên tố khác nhau ảnh hưởng đến chuyển động nguyên tử và hành vi chuyển đổi.

Điều này mở ra những khả năng mới trong việc tùy chỉnh vật liệu ở cấp độ nguyên tử, cải thiện độ bền và hiệu suất, đồng thời đẩy nhanh quá trình phát triển các công nghệ bộ nhớ tiên tiến.

Để xem các tin bài khác về “Công nghệ bộ nhớ”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online