Mỹ chế tạo thành công siêu chip chịu nhiệt 700 độ C, nóng hơn cả dung nham

Từ điện thoại thông minh đến vệ tinh, mọi thiết bị điện tử hiện nay đều có một điểm yếu chí mạng là nhiệt độ. Khi mức nhiệt vượt quá 200 độ C, hiệu suất sẽ suy giảm và thiết bị nhanh chóng hỏng hóc. Sau nhiều thập kỷ bế tắc, các nhà nghiên cứu tại Đại học Nam California (USC), Mỹ đã tìm ra lời giải.

Trong nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí khoa học Science, nhóm chuyên gia do Giáo sư Joshua Yang dẫn dắt đã giới thiệu một thiết bị lưu trữ mới vượt qua mọi giới hạn hiện tại. Thiết bị này hoạt động hoàn hảo ở mức 700 độ C, nóng hơn cả dung nham nóng chảy, mà không hề có dấu hiệu hư hại. Đáng kinh ngạc hơn, 700 độ C chỉ là giới hạn tối đa mà hệ thống máy móc đo lường của họ có thể đạt tới.

Về mặt cấu trúc, linh kiện siêu nhỏ này đóng vai trò vừa lưu trữ thông tin vừa xử lý thuật toán. Thiết kế của nó giống như một chiếc bánh kẹp, gồm hai điện cực bao quanh một lớp cách điện. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng vonfram, kim loại có mức chịu nhiệt cao nhất, kết hợp với vật liệu cách điện và một lớp mỏng siêu vật liệu graphene ở dưới cùng.

Sự kết hợp này mang lại kết quả hết sức ấn tượng. Thiết bị có thể lưu trữ dữ liệu suốt 50 giờ ở 700 độ C mà không bị lỗi, trải qua một tỷ chu kỳ hoạt động ở nhiệt độ cực đoan này với tốc độ chớp nhoáng và mức điện áp rất thấp.

Thực tế, sự bền bỉ này đến từ một phát hiện hoàn toàn tình cờ. Thông thường ở nhiệt độ cao, các nguyên tử kim loại ở lớp trên cùng sẽ dịch chuyển, xuyên qua lớp cách điện và làm chập mạch toàn bộ thiết bị. Tuy nhiên, lớp graphene đã ngăn chặn triệt để điều này. Sự tương tác giữa vonfram và graphene giống như dầu và nước, đẩy lùi các nguyên tử kim loại, ngăn chặn hiện tượng đoản mạch và giúp chip sống sót dưới sức nóng rực lửa.

Khả năng chịu nhiệt phi thường mở ra vô số ứng dụng thực tế. Lõi công nghệ này là mảnh ghép hoàn hảo cho các sứ mệnh không gian, điển hình như việc đưa tàu thăm dò lên bề mặt rực lửa của sao Kim. Công nghệ này cũng vô cùng hữu ích cho hoạt động khoan địa nhiệt sâu dưới lòng đất, hệ thống năng lượng hạt nhân, hay nâng cao độ bền vĩnh cửu cho hệ thống điện tử trên xe hơi thông thường.

Không dừng lại ở đó, siêu chip này còn là một giải pháp mang tính bước ngoặt cho kỷ nguyên AI. Thay vì xử lý dữ liệu từng bước tiêu tốn lượng điện năng khổng lồ như máy tính truyền thống, con chip này thực hiện các phép toán phức tạp trực tiếp thông qua dòng điện. Nhờ đó, các hệ thống AI quy mô lớn sẽ xử lý thông tin nhanh hơn gấp nhiều lần với mức tiêu thụ năng lượng cực thấp.