Các nhà khoa học tại Đại học California, Riverside, khám phá ra phương pháp kiểm soát cách dòng điện di chuyển qua silicon tinh thể, vật liệu quan trọng trong công nghệ điện tử ngày nay. Bước đột phá này có thể cho phép phát triển các thiết bị điện tử nhỏ hơn, nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
Ở quy mô cực nhỏ, electron hoạt động giống sóng hơn là các hạt rắn. Các nhà nghiên cứu chứng minh bằng cách điều chỉnh cẩn thận sự sắp xếp đối xứng các nguyên tử trong phân tử silicon, chúng có thể kích hoạt hoặc ngăn chặn một quá trình gọi là giao thoa phá hủy. Hiện tượng này có thể bật hoặc tắt hiệu quả độ dẫn điện, giống như công tắc điện tử ở quy mô nano.
Nhóm nghiên cứu phát hiện, khi các cấu trúc silicon nhỏ được định hình với tính đối xứng cao, chúng có thể triệt tiêu dòng electron, giống như tai nghe chống ồn. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí American Chemical Society, cung cấp cái nhìn mới, sâu sắc về cách dòng điện hoạt động trong silicon ở cấp độ nguyên tử.
Khám phá này xuất hiện vào thời điểm ngành công nghệ đang đối mặt với thách thức trong việc tiếp tục thu nhỏ các chip silicon thông thường. Các phương pháp hiện có thường bao gồm việc khắc các mạch vi mô vào các tấm silicon hoặc pha tạp chúng với một lượng nhỏ các nguyên tố khác để thay đổi độ dẫn điện.
Mặc dù các phương pháp này có hiệu quả trong nhiều năm, nhưng chúng đang tiến gần đến ranh giới vật lý của chúng: có sự giới hạn về khả năng tạo ra các mạch nhỏ, và việc bổ sung các nguyên tử không thể giải quyết được những phức tạp do hiện tượng lượng tử gây ra.
Ngược lại, nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp lắp ráp các phân tử silicon theo từng nguyên tử một, thay vì định hình chúng từ các cấu trúc lớn hơn. Phương pháp “từ dưới lên” này, cho phép kiểm soát chính xác sự sắp xếp nguyên tử và quan trọng hơn là cách electron di chuyển qua silicon.
Silicon có vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, khi công nghệ phát triển, các thiết bị ngày càng nhỏ hơn, các hiệu ứng lượng tử - chẳng hạn như electron đi qua lớp cách điện - tạo ra thách thức mới cho các thiết kế thông thường. Phát hiện này cho thấy, thay vì cố gắng loại bỏ những hiệu ứng này, các kỹ sư có thể tận dụng chúng.
Nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy, tính đối xứng phân tử trong silicon, dẫn đến các hiệu ứng giao thoa, kiểm soát cách các electron di chuyển qua nó. Họ có thể bật hoặc tắt sự giao thoa đó, bằng cách kiểm soát cách các điện cực căn chỉnh với phân tử.
Ngoài các công tắc siêu nhỏ, phát hiện này có thể hỗ trợ cho việc phát triển các thiết bị nhiệt điện chuyển đổi nhiệt thải thành điện, hoặc thậm chí là các thành phần máy tính lượng tử được chế tạo từ các vật liệu quen thuộc.
