Australia chế tạo mạch tích hợp siêu nhỏ trên chip

Theo phóng viên TTXVN tại Sydney, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Monash (Australia) đã chế tạo thành công mạch tích hợp quy mô nano đột phá, có khả năng khởi tạo, dẫn truyền và đọc thông tin bằng tín hiệu ánh sáng ngay trên một vi mạch đơn lẻ.

Samsung Electronics Co. và SK hynix Inc., hai nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới. Ảnh: AFP

Công nghệ mới trên - do các nhà khoa học thuộc Khoa Vật lý và Thiên văn (Đại học Monash) phát triển với sự hợp tác của cá chuyên gia hàng đầu tại Australia, Trung Quốc, Singapore, Đức và Nhật Bản - đã kết hợp giữa vật liệu tiên tiến và công nghệ nano để giải quyết điểm nghẽn kéo dài trong lĩnh vực "valleytronics" (điện tử học thung lũng). Đây là một ngành khoa học mới nổi được kỳ vọng là nền tảng cho máy tính tốc độ cao, tiết kiệm năng lượng và công nghệ lượng tử tương lai.

Theo Đại học Monash, đây là lần đầu tiên nhóm nghiên cứu thử nghiệm thành công một hệ thống tích hợp toàn diện trong một thiết bị chip nhỏ gọn, có thể tự tạo ra các tín hiệu ánh sáng đặc biệt, dẫn truyền chúng theo các hướng chính xác và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Các tín hiệu ánh sáng này truyền tải thông tin dựa trên đặc tính mang tên "bậc tự do thung lũng" (valley degree of freedom) — một đặc tính lượng tử của vật liệu có thể khai thác để mã hóa và xử lý dữ liệu theo những phương thức hoàn toàn mới.

Tiến sĩ Chi Li, tác giả chính của công trình nghiên cứu trên, cho biết bước đột phá này đã giải quyết được điểm nghẽn cốt lõi vốn kìm hãm lĩnh vực này trong nhiều năm qua. Trước đây, các nhà khoa học chỉ có thể tạo ra hoặc phát hiện các tín hiệu này một cách riêng lẻ chứ chưa thể tích hợp toàn bộ quy trình trên một thiết bị duy nhất. Hệ thống trên chip hoàn chỉnh này hiện cho phép khởi tạo, định tuyến và đọc thông tin với độ chính xác cực kỳ cao.

Đồng tác giả của nghiên cứu, Tiến sĩ Kaijian Xing, giải thích thêm thiết bị chip nhỏ gọn được vận hành nhờ sử dụng các lớp vật liệu siêu mỏng chỉ dày vài nguyên tử, kết hợp với các cấu trúc nano được thiết kế đặc biệt nhằm kiểm soát hành vi của ánh sáng ở quy mô siêu nhỏ. Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp xếp chồng trực tiếp để tích hợp vật liệu siêu mỏng với cấu trúc siêu bề mặt (metasurfaces), vượt qua rào cản kỹ thuật của việc nuôi cấy vật liệu trực tiếp trên cấu trúc quang học và mở ra hướng đi mới cho ngành điện tử học thung lũng.

Theo các tác giả nghiên cứu, điểm đáng chú ý là hệ thống này có khả năng hoạt động ổn định ở nhiệt độ phòng, mang tính thực tiễn cao hơn nhiều so với các công nghệ lượng tử hiện hành vốn đòi hỏi hệ thống làm lạnh chuyên dụng cực đoan.

Đánh giá về triển vọng công nghệ mới nói trên, Tiến sĩ Haoran Ren, trưởng nhóm nghiên cứu NanoMeta (Đại học Monash), khẳng định công trình này mở đường cho thế hệ thiết bị quang học lập trình nhỏ gọn, giúp máy tính xử lý nhanh, tiết kiệm năng lượng và bảo mật hơn. Việc dùng ánh sáng thay thế dòng điện mang lại băng thông lớn, tốc độ siêu tốc và giảm tiêu hao năng lượng, mở ra tiềm năng ứng dụng cao trong máy tính lượng tử, công nghệ hình ảnh và hệ thống thông tin quang học thế hệ mới.

Các chuyên gia nhận định công trình nêu trên là một bước tiến lớn giúp thu hẹp khoảng cách giữa vật lý thực nghiệm và các công nghệ tích hợp thực tiễn, tiến gần hơn đến việc hiện thực hóa các hệ thống điện tử học thung lũng tích hợp toàn diện./.