Hai nhà khoa học tại Đại học Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia MEPhI của Nga là PGS. Alexey Podlivaev và GS. Konstantin Katin đã công bố một nghiên cứu trên tạp chí Diamond & Related Materials năm 2026 mô tả quá trình chuyển đổi diamane thành graphene (vật liệu carbon nguyên chất, siêu mỏng, siêu bền và dẫn nhiệt, dẫn điện rất tốt).
Các tác giả tin rằng phát hiện này có thể tạo nền tảng cho việc tạo ra các thiết bị điện tử hoàn toàn bằng carbon thế hệ tiếp theo, là chìa khóa cho chip carbon (carbon-based chip) nhỏ gọn hơn, tiết kiệm năng lượng hơn.
Thay vì dùng silicon trong chip truyền thống hiện nay, chip carbon là loại vi mạch điện tử được chế tạo từ vật liệu gốc carbon (như graphene, ống nano carbon, hoặc các vật liệu 2D như diamane...). Ảnh: Smoltek
Diamane là một dạng kim cương 2D siêu mỏng ở cấp độ nguyên tử được tạo ra từ graphene hai lớp, liên kết với nhau bằng các liên kết hóa học mạnh, tương tự như các liên kết được tìm thấy trong kim cương thông thường. Điều này mang lại cho vật liệu độ cứng vượt trội và khe năng lượng rộng, khiến nó trở thành chất điện môi lý tưởng cho các thiết bị điện tử siêu mỏng.
Nhờ mô phỏng máy tính, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cơ chế diamane bị phân hủy khi bị đun nóng: đầu tiên một nguyên tử hydro tách khỏi bề mặt (đòi hỏi nhiều năng lượng nên diamane khá bền), nhưng sau đó phản ứng dây chuyền xảy ra - các nguyên tử hydro lân cận lần lượt bong ra, vùng phân hủy lan rộng như quả cầu tuyết, khiến liên kết kiểu kim cương giữa hai lớp graphene đứt gãy và biến thành bigraphene thông thường.
Điều thú vị là kết quả tạo ra các vùng có tính chất khác nhau ngay trong cùng một vật liệu - chỗ vẫn giữ đặc tính cách điện của diamane, chỗ trở thành dẫn điện như bigraphene.
Nhóm phát hiện chỉ cần 8 nguyên tử hydro cỡ 0,3 nm là đủ để giữ tính chất kim cương, có thể dùng làm chấm lượng tử cho linh kiện điện tử siêu nhỏ.
Các nhà khoa học Nga cho biết, vật liệu diamane khử hydro một phần này được kỳ vọng là nền tảng cho điện tử nano 2D hoàn toàn từ carbon.
Tiềm năng mở ra ngành chip nhỏ gọn hơn, bền vững hơn
Nếu công nghệ này đi vào thực tế, nó có thể góp phần vào xu hướng thu nhỏ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn cho chip, điều này đặc biệt quan trọng khi nhu cầu điện cho trung tâm dữ liệu, AI và thiết bị di động đang tăng rất nhanh.
Việc tạo được các "chấm lượng tử" cỡ 0,3 nm như trong nghiên cứu này cho thấy khả năng thu nhỏ linh kiện xuống dưới giới hạn vật lý mà silicon truyền thống iện đang tiệm cận giới hạn vài nm.
Chưa kể, graphene và các vật liệu carbon 2D dẫn điện tử với độ linh động cao hơn silicon rất nhiều lần. Điện tử di chuyển dễ dàng hơn nghĩa là điện trở thấp hơn, ít sinh nhiệt hơn khi hoạt động, giúp trực tiếp giảm điện năng tiêu thụ và giảm nhiệt lượng cần tản ra, vốn là một trong những "nút thắt cổ chai" lớn nhất của chip hiện đại.=
Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Nga (RNF). Bước tiếp theo nhóm muốn lập "bản đồ" kiểm soát quá trình khử hydro để tạo ra các cấu trúc carbon theo ý muốn.
Tham khảo: Diamond & Related Materials
Trang Ly
