MỸ – Ngày nay, có rất nhiều người sở hữu những chiếc máy tính mạnh mẽ – điện thoại thông minh. Nhưng máy tính không phải lúc nào cũng dễ dàng mang theo.

Sinh viên Shaocheng Shen giữ trong tay phân tử mới bên trong dung dịch

Từ những năm 1980, máy tính đã trở nên nhỏ hơn, nhẹ hơn và được trang bị tốt hơn để lưu trữ và xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ. Tuy nhiên, các chip silicon cung cấp năng lượng cho máy tính có kích thước giới hạn.

Trợ lý Giáo sư Kun Wang, từ Khoa Nghệ thuật và Khoa học của Đại học Miami (University of Miami) đã nói rằng: “Trong 50 năm qua, số lượng bóng bán dẫn có thể đặt trên một con chip đã tăng gấp đôi sau mỗi hai năm. Nhưng điều này đã nhanh chóng đạt đến giới hạn vật lý đối với thiết bị điện tử dựa trên silicon và việc thu nhỏ các linh kiện điện tử bằng các công nghệ đã được sử dụng trong nửa thế kỷ trở nên khó khăn hơn”.

Đây là vấn đề mà ông Kun và nhiều người trong lĩnh vực điện tử phân tử đang hy vọng giải quyết. Cụ thể, họ đang tìm cách dẫn điện mà không cần sử dụng silicon hoặc kim loại, những vật liệu đang được sử dụng để tạo ra chip máy tính. Sử dụng vật liệu phân tử nhỏ cho các thành phần chức năng như bóng bán dẫn, cảm biến và kết nối trong chip điện tử mang lại một số lợi thế, đặc biệt là khi các công nghệ dựa trên silicon truyền thống đang tiến gần đến giới hạn vật lý và hiệu suất của chúng.

Nhưng việc tìm ra thành phần hóa học lý tưởng cho phân tử này đã làm các nhà khoa học bối rối. Ông Kun và các sinh viên sau đại học Mehrdad Shiri và Shaocheng Shen, cùng với Phó giáo sư Jason Azoulay từ Viện Công nghệ Georgia và Giáo sư Ignacio Franco từ Đại học Rochester, đã khám phá ra một giải pháp.

Các nhà nghiên cứu đã chia sẻ những thông tin về khả năng của phân tử hữu cơ dẫn điện tốt nhất thế giới. Phát hiện của họ, được công bố trên tạp chí của Hiệp hội Hóa học Mỹ (Journal of the American Chemical Society), mở ra những khả năng mới để chế tạo các thiết bị điện toán nhỏ hơn, mạnh hơn ở quy mô phân tử. Thậm chí phân tử này được tạo thành từ các nguyên tố hóa học có trong tự nhiên – chủ yếu là carbon, lưu huỳnh và nitơ.

Ông Kun chia sẻ: “Đến nay, không có vật liệu phân tử nào cho phép electron đi qua mà không bị mất độ dẫn điện. Công trình này là minh chứng đầu tiên cho thấy các phân tử hữu cơ có thể cho phép electron di chuyển qua mà không bị mất năng lượng trong phạm vi vài chục nanomet”.

Việc thử nghiệm và xác nhận phân tử mới của nhóm nghiên cứu đã thực hiện trong hơn hai năm

Tuy nhiên, công trình của nhóm nghiên cứu cho thấy các phân tử của họ ổn định trong điều kiện môi trường bình thường và cung cấp độ dẫn điện cao nhất ở khoảng cách không giới hạn. Do đó, chúng có thể giúp cho việc phát triển các thiết bị máy tính cổ điển trở nên nhỏ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn, cũng như tiết kiệm chi phí.

Hiện nay, khả năng dẫn electron của một phân tử giảm theo cấp số nhân khi kích thước phân tử tăng lên. Ông Kun cho biết những ‘dây’ phân tử mới phát triển này là những điều cần thiết để thông tin được truyền, xử lý và lưu trữ trong máy tính ở tương lai.

Ông Kun đã nói rằng: “Điểm độc đáo trong hệ thống phân tử của chúng tôi là các electron di chuyển qua phân tử nhanh như một viên đạn mà không mất năng lượng, vì vậy về mặt lý thuyết, đây là cách vận chuyển electron hiệu quả nhất trong bất kỳ hệ thống vật liệu nào. Nó không chỉ giúp thu nhỏ các thiết bị điện tử trong tương lai, mà cấu trúc của nó có thể cho phép thực hiện nhiều chức năng, trong khi vật liệu gốc silicon không thể thực hiện được.”

Ông Kun cho biết khả năng của phân tử có thể tạo ra những cơ hội mới để cách mạng hóa khoa học thông tin lượng tử dựa trên phân tử.

Ông Kun đã nói rằng: “Độ dẫn điện cực cao được quan sát thấy trong các phân tử của chúng tôi là kết quả của sự tương tác hấp dẫn của các spin electron ở hai đầu của phân tử. Trong tương lai, có thể sử dụng hệ thống phân tử này như một qubit, đây là đơn vị cơ bản cho máy tính lượng tử.”

Nhóm nghiên cứu đã nhận thấy những khả năng này bằng cách nghiên cứu phân tử mới của họ dưới kính hiển vi quét đường hầm (STM – scanning tunnelling microscope) (1). Sử dụng một kỹ thuật gọi là STM break-junction, nhóm nghiên cứu đã có thể thu thập một phân tử duy nhất và đo độ dẫn điện của nó.
(1) Kính hiển vi quét đường hầm: là một loại kính hiển vi có khả năng tạo ra hình ảnh bề mặt của vật liệu ở cấp độ nguyên tử, bằng cách sử dụng hiện tượng đường hầm lượng tử.

Từ trái sang: Sinh viên Shaocheng Shen, Trợ lý Giáo sư Kun Wang và sinh viên Mehrdad Shiri với phân tử của họ và mô hình hóa học

Ông Mehrdad Shiri, một sinh viên đã tốt nghiệp đã nói rằng: “Về mặt ứng dụng, phân tử này là một bước tiến lớn hướng tới các ứng dụng trong thực tế. Vì nó bền về mặt hóa học và ổn định trong không khí, nó có thể được tích hợp với các thành phần nano điện tử có trong chip và hoạt động như một dây điện tử hoặc kết nối giữa các chip.”

Ngoài ra, các vật liệu cần thiết để tạo nên phân tử này chi phí không cao và có thể được tạo ra trong phòng thí nghiệm.

Ông Kun chia sẻ: “Hệ thống phân tử này hoạt động theo cách mà các vật liệu thông thường không thể làm được. Đây là những đặc tính mới không làm tăng chi phí nhưng có thể giúp các thiết bị máy tính trở nên mạnh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn”.

Để xem các tin bài khác về “Phân tử”, vui lòng nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online

Lưu ý: 

Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net