blogtsk
Làm thế nào để các nhà quy hoạch đô thị và các nhà phát triển xây dựng đối phó khi ngày càng nhiều người chuyển đến các thành phố? Có một số điều họ có thể làm. Để bắt đầu, về mặt vật lý, họ có thể làm cho thành phố lớn hơn, mở rộng biên giới của nó để bao phủ đất xung quanh để có nhiều nhà hơn. Họ cũng có thể xây những ngôi nhà gần nhau hơn, ép nhiều tòa nhà một và hai tầng lên mỗi con phố. Tuy nhiên, tại một thời điểm nhất định, thực sự chỉ có một lựa chọn: Bạn xây dựng lên trên bằng cách tạo ra các khối tháp có thể chứa hàng trăm ngôi nhà trên một mảnh đất mà nếu không sẽ chỉ vừa một phần nhỏ của số đó.
Về bản chất, đây là một vấn đề tương tự như vấn đề mà các nhà thiết kế chip phải đối mặt. Định luật Moore nói rằng, cứ sau vài năm, số lượng linh kiện có thể được nhồi nhét vào một mạch tích hợp tăng gấp đôi. Sức mạnh của định luật Moore là không thể phủ nhận. Ví dụ, vào năm 1971, Intel đã phát hành 4004, bộ vi xử lý thương mại đầu tiên trên thế giới, đóng gói 2.300 bóng bán dẫn vào một con chip duy nhất. Để so sánh, vào năm 2021, bộ vi xử lý A14 của Apple tự hào có 11,4 tỷ bóng bán dẫn. Nói cách khác, nếu tốc độ tối đa của ô tô đi theo một quỹ đạo tương tự, thì các phương tiện hiện đại sẽ chạy với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Khi nói đến việc cung cấp chip thế hệ tiếp theo, các nhà sản xuất chip, giống như các nhà quy hoạch đô thị, có sẵn ba lựa chọn: Họ có thể tự làm cho chip lớn hơn để hỗ trợ nhiều thành phần hơn; họ có thể thu nhỏ các thành phần và đóng gói chúng chặt chẽ hơn; hoặc chúng có thể tăng lên. Đối với hầu hết các phần, đó là lựa chọn thứ hai đã được theo đuổi. Các thành phần ngày càng nhỏ dần, đến mức các bóng bán dẫn hiện đại có kích thước khoảng chục nguyên tử và bị ép lại gần nhau đến mức được đo bằng nanomet.
Nhưng điều này không thể tiếp tục vô thời hạn. Vào một thời điểm nào đó, chúng ta sẽ cần phải suy nghĩ lại về cách chúng ta tạo ra những con chip thế hệ tiếp theo, mạnh mẽ hơn. Nhiều nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang nghiên cứu vấn đề đó ngay bây giờ. Tuy nhiên, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế có một ý tưởng đặc biệt hấp dẫn – và nó liên quan đến việc sử dụng vật liệu kỳ diệu graphene để tạo ra các bóng bán dẫn mới không giống như bất kỳ bóng bán dẫn nào ngày nay. (Gợi ý: Chúng là những tòa nhà chọc trời của thế giới bóng bán dẫn.)
Làn sóng graphene
Trong một cuộc gọi video, các bài thuyết trình trên thực tế diễn ra vào năm 2021, Manoj Tripathi , từ Đại học Sussex của Vương quốc Anh, cho tôi xem một hình ảnh. Đó là hình ảnh của một bề mặt phẳng màu xanh lam, với những gì trông giống như một làn sóng duy nhất đang vươn lên trên một mặt phẳng tĩnh lặng khác. Nếu tôi không biết gì tốt hơn, tôi có thể dễ dàng tin rằng Tripathi là một nhà hải dương học. Trên thực tế, anh ấy là một nhà nghiên cứu tại Trường Toán học và Khoa học Vật lý của trường đại học với mối quan tâm lớn đến chất bán dẫn, vật liệu hai chiều và điện tử linh hoạt. Dự án mới nhất của anh ấy kết hợp cả ba.
Graphene là một lớp đơn của graphite, vật liệu mềm thường được tìm thấy trong bột viết chì, với cấu trúc các nguyên tử carbon dày 1 nguyên tử (hoặc có thể là mỏng) được sắp xếp theo cấu trúc hình lục giác, giống như tổ ong. Graphene là vật liệu có công dụng dường như vô hạn . Nó nằm trong số những vật liệu mạnh nhất trong vũ trụ đã biết, với độ bền gấp khoảng 100 lần thép. Nó là một chất siêu dẫn tuyệt vời, cho phép dòng điện chạy qua nó với điện trở bằng không. Nó thậm chí có thể hoạt động như một cái sàng tốt nhất thế giới, vì nó có khả năng lọc muối ra khỏi nước mặn hoặc màu khỏi scotch. Đó chỉ là tác dụng dễ thấy của Graphene.
Chế tạo các rối loạn trên graphene bằng laser: Việc tạo ra các đường gấp khúc. ACS Omega 2018
“Một điều hiếm khi được thảo luận là nó cũng rất linh hoạt,” Tripathi nói. “Chúng tôi đang nhắm đến [chất lượng cho dự án này]. Ý tôi muốn nói đến từ ‘linh hoạt’ là bạn có thể uốn cong nó, bạn có thể vò nát nó, bạn có thể làm điều gì đó như thế. ” Để minh họa cho “một cái gì đó tương tự”, Tripathi sản xuất một miếng vải mà anh ấy dùng để lau máy tính của mình và bắt chước vắt nó ra.
Tất nhiên, nhiều vật liệu linh hoạt. Nhưng lý do khiến tính linh hoạt của graphene rất thú vị là khi các nếp nhăn xuất hiện trên bề mặt của nó, nó sẽ thay đổi dòng chảy của các electron, do đó làm thay đổi các đặc tính điện của vật liệu từ điểm này sang điểm khác. Sử dụng một kỹ thuật được gọi là kính hiển vi lực nguyên tử, các nhà nghiên cứu có thể đo lường tác động của các dạng nếp nhăn khác nhau trong graphene. Bằng cách dựa vào các đường gấp khúc khác nhau này, chúng kích hoạt các tính chất điện và cơ học khác nhau, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các bóng bán dẫn rất nhỏ làm bằng graphene.
Khảo sát vai trò của khuyết tật bằng laser Raman: Đặc điểm của đường gấp khúc. ACS Nano 2021
Đây là nơi ẩn dụ về các yếu tố xây dựng nhiều tầng trong đó. “Đó chính xác là những gì chúng tôi đang làm,” Tripathi nói. “Kích thước chip ngày càng giảm mỗi năm, [nhưng] có một vấn đề trong việc điều chỉnh các bóng bán dẫn… Giải pháp là gì? Chúng tôi phải sử dụng trục z – các tòa nhà nhiều tầng – để chứa số lượng bóng bán dẫn cao hơn trên một đơn vị diện tích ”.
Mặc dù sự thay đổi độ cao có thể quan sát được dưới kính hiển vi, nhưng nó sẽ hoàn toàn không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Trên thực tế, bóng bán dẫn được tạo ra bằng kỹ thuật này nhỏ hơn khoảng 100 lần so với bóng bán dẫn có thể so sánh trên chip silicon thông thường.
Hiện tại, đây vẫn là những giai đoạn tương đối đầu của dự án. Vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi quá trình này được đưa vào các chip thực tế. Ví dụ, một vấn đề liên quan đến tính nhất quán của các nếp nhăn, một điều rất quan trọng để có được sự phù hợp về tính nhất quán của năng suất chip.
Lớp nguyên tử của molypden disulfide (MoS2), cho thấy các nếp nhăn. ACS Nano 2021
Các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra các hàng nếp nhăn bằng graphene bằng cách sử dụng khuôn mẫu. Tuy nhiên, vẫn còn đó những thách thức. “Việc hình thành nếp nhăn không phải là vấn đề,” Tripathi nói. “Việc tạo ra các nếp nhăn nhất quán là một vấn đề.” Ông lưu ý rằng một nếp nhăn nhằm tạo ra một chiều cao thẳng đứng là bốn nanomet sẽ lắc ra thành “đôi khi là tám nanomet, đôi khi là ba nanomet.”
Tripathi nói rằng giải quyết vấn đề này “có thể đạt được, nhưng chúng ta phải suy nghĩ thấu đáo”. May mắn thay, “chúng tôi có một nhóm các nhà khoa học lỗi lạc từ [Vương quốc Anh, Hoa Kỳ, Hy Lạp và Ý” để trợ giúp việc này. Ông tự tin rằng phương pháp này, trong tay của những người phù hợp, có thể cung cấp một đường băng để mở rộng đáng kể định luật Moore.
“Để cung cấp cho bạn câu trả lời trong một từ, tôi nghĩ là có thể,” anh nói. Các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu sẽ có một con chip nguyên mẫu hoạt động trong vòng 5 năm.
Một bài báo mô tả công trình đã được gần đây xuất bản trên tạp chí ACS Nano .
Sau hơn 20 năm giảng dạy “PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO và ĐỔI MỚI” tại Trung tâm Sáng tạo Khoa học–kỹ thuật (TSK) thuộc trường Khoa Học Tự Nhiên, khoá học thu được rất nhiều phản hồi tốt của học viên về các lợi ích nhận được. Nếu bạn có quan tâm đến khả năng sáng tạo, mong muốn cải thiện chất lượng cuộc sống, bộ công cụ của khoá học này sẽ thực sự hữu ích và ý nghĩa. Bạn có thể điền thông tin tại đây hoặc liên hệ số điện thoại: (028) 38 301 743; 089 668 36 31 để thực hiện đăng ký.
Nguồn: DigitalTrends
