Các nhà khoa học tại Đại học Nam California (USC), do Giáo sư Joshua Yang và Jian Zhao dẫn đầu, đã phát triển một loại chip có khả năng hoạt động ở nhiệt độ lên tới 700°C (khoảng 1300°F). Đây là mức nhiệt cao hơn cả dung nham núi lửa và vượt xa ngưỡng chịu nhiệt của các loại chip hiện nay. Theo GS Yang, đây có thể xem là một bước tiến mang tính cách mạng và là loại bộ nhớ chịu nhiệt tốt nhất từng được chứng minh.
Trước đó, hầu hết các chip nhớ hiện đại đều bị giới hạn bởi nhiệt độ. Khi vượt quá khoảng 200°C, hiệu năng bắt đầu suy giảm, thậm chí gây hỏng hệ thống. Dù đã có nhiều nỗ lực trong nhiều thập kỷ, việc vượt qua rào cản này vẫn gặp nhiều khó khăn.
Công nghệ mới sử dụng memristor – một linh kiện nano có khả năng vừa lưu trữ dữ liệu vừa xử lý tính toán. Cấu trúc của chip gồm các lớp vật liệu xếp chồng: điện cực trên bằng vonfram, lớp cách điện bằng oxit hafni và lớp dưới cùng là graphene. Vonfram có điểm nóng chảy cao nhất trong các kim loại, còn graphene nổi bật với độ bền và khả năng chịu nhiệt vượt trội.
Nhờ sự kết hợp này, chip có thể duy trì dữ liệu trong hơn 50 giờ ở nhiệt độ 700°C mà không cần tác động bên ngoài. Đồng thời, thiết bị chịu được hơn một tỷ chu kỳ chuyển mạch ở mức nhiệt này và chỉ cần điện áp hoạt động 1,5V.
Điểm đáng chú ý là bước đột phá này đến từ một phát hiện tình cờ trong quá trình nghiên cứu. Khi khảo sát sự tương tác giữa graphene và vonfram, nhóm phát hiện các nguyên tử vonfram không bám được vào bề mặt graphene mà di chuyển ra xa, từ đó ngăn hình thành đoản mạch và giúp thiết bị duy trì hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cực cao.
Thông qua kính hiển vi điện tử, quang phổ và mô phỏng lượng tử, các nhà khoa học đã xác nhận cơ chế này ở cấp độ nguyên tử. Theo GS Yang, nếu tìm được thêm các vật liệu có tính chất tương tự, việc sản xuất chip chịu nhiệt trên quy mô lớn sẽ khả thi hơn, và mức 700°C có thể chưa phải là giới hạn cuối cùng.
Công nghệ này được kỳ vọng có thể ứng dụng trong các thiết bị hoạt động ở môi trường khắc nghiệt, trung tâm dữ liệu, cũng như các sứ mệnh không gian. Đáng chú ý, nhiệt độ bề mặt của sao Kim vào khoảng 700°C – mức mà các thiết bị điện tử hiện nay chưa thể chịu đựng, dẫn đến nhiều sứ mệnh thất bại.
Dù vậy, nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ vẫn đang ở giai đoạn đầu. Việc phát triển các mạch logic chịu nhiệt và mở rộng quy mô sản xuất vẫn là thách thức lớn. Theo GS Yang, đây mới chỉ là bước khởi đầu, nhưng đã chứng minh rằng việc chế tạo hệ thống điện tử hoạt động trong điều kiện cực đoan là hoàn toàn khả thi.
Bình luận
0