Thiết bị siêu nhỏ có khả năng giúp máy tính thu gọn vượt xa giới hạn hiện nay. Ảnh: Đại học Tel Aviv.
Thiết bị do các nhà nghiên cứu Israel phát triển gồm hai lớp, một lớp chế tạo từ boron và lớp còn lại làm từ nitrogen, được sắp xếp theo cấu trúc lặp lại hình lục giác. Nhờ tận dụng một hiệu ứng cơ học lượng tỷ kỳ lạ mang tên xuyên hầm lượng tử, electron từ nguyên tử boron và nitrogen atoms có thể lao qua khoảng trống giữa hai lớp, thay đổi trạng thái của thiết bị, cho phép nó mã hóa thông tin kỹ thuật số. Nhóm nghiên cứu công bố phát hiện hôm 25/6 trên tạp chí Science.
Cơ chế trên tương tự như cách các thiết bị vi tính hiện đại ngày nay hoạt động. Phần trung tâm của máy tính chứa nhiều tinh thể cực nhỏ, mỗi tinh thể bao gồm khoảng một triệu nguyên tử xếp theo nhiều lớp, trong mỗi một lớp có 100 nguyên tử. Bằng cách phóng electron qua khoảng trống giữa các lớp, máy tính có thể chuyển đổi giữa hai trạng thái nhị phân (0 và 1), tạo nền tảng cho đơn vị thông tin kỹ thuật số cơ bản là bit.
"Ở trạng thái ba chiều tự nhiên, vật liệu này bao gồm rất nhiều lớp đặt chồng lên nhau, mỗi lớp xoay 180 độ so với lớp liền kề", Moshe Ben Shalom, nhà vật lý học ở Đại học Tel Aviv, đồng tác giả nghiên cứu phát triển công nghệ mới, cho biết. "Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi có thể xếp các lớp theo cấu hình song song mà không cần xoay, đặt những nguyên tử cùng loại chồng lên nhau hoàn hảo bất chấp lực đẩy mạnh giữa chúng".
Đường hầm lượng tử cho phép các hạt, trong trường hợp này là electron, truyền qua những rào cản dường như không thể vượt qua. Đó là vì trong vật lý lượng tử, vật chất tồn tại đồng thời ở cả dạng sóng và dạng hạt. Tương tự cơn sóng vỗ vào bờ chắn trên biển sẽ để lại cơn sóng nhỏ hơn lan tỏa tới đầu bên kia, dưới dạng sóng, các hạt cũng có khả năng tồn tại ở bên kia rào cản. Chính khả năng này giúp electron dịch chuyển giữa lớp boron và nitrogen của thiết bị.
Trên thực tế, nhóm nghiên cứu cho biết hai lớp không xếp chồng lên nhau hoàn hảo, thay vào đó, chúng hơi trượt nhẹ khỏi trọng tâm của nhau để tích điện trái dấu. Do đó, electron tự do (tích điện dương) di chuyển tới một lớp và hạt nhân nguyên tử tích điện dương nhích về lớp còn lại, tạo ra hiện tượng phân cực điện bên trong thiết bị. Thông qua điều chỉnh vị trí hai lớp, các nhà nghiên cứu có thể đảo ngược hiện tượng phân cực điện, khiến thiết bị chuyển từ trạng thái nhị phân này sang trạng thái nhị phân kia, nhờ đó có thể lưu trữ thông tin.
Nhờ giảm kích thước công nghệ xuống còn hai lớp nguyên tử, nhóm nghiên cứu có thể đẩy nhanh tốc độ di chuyển của electron. Electron chuyển động nhanh hơn có thể giúp các thiết bị tương lai hoạt động nhanh, bớt đặc và tiết kiệm năng lượng hơn, theo trưởng nhóm nghiên cứu Maayan Vizner Stern, nghiên cứu sinh tiến sĩ ở Đại học Tel Aviv.
An Khang (Theo Live Science)