Các nhà khoa học Mỹ vừa phát triển một loại chip nhớ có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 700°C, tức nóng hơn cả dung nham, mở ra triển vọng mới cho công nghệ trong môi trường khắc nghiệt và trí tuệ nhân tạo.
Nghiên cứu do nhóm tại Đại học Nam California thực hiện và công bố ngày 26/3/2026 trên tạp chí Science. Thiết bị mới không cho thấy dấu hiệu hỏng hóc trong quá trình thử nghiệm, và mức 700°C thực chất chỉ là giới hạn tối đa của thiết bị đo hiện có, nghĩa là khả năng chịu nhiệt của chip này có thể cao hơn.
Theo trưởng nhóm Joshua Yang, đây có thể xem là “một cuộc cách mạng”, đồng thời là loại bộ nhớ chịu nhiệt tốt nhất từng được chứng minh.
Công nghệ này thuộc loại memristor – linh kiện nano có khả năng vừa lưu trữ dữ liệu vừa thực hiện tính toán. Cấu trúc gồm hai điện cực kẹp một lớp cách điện siêu mỏng. Nhóm nghiên cứu sử dụng tungsten làm điện cực trên, hafnium oxide làm lớp cách điện và graphene làm điện cực dưới. Tungsten có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong các kim loại, còn graphene – lớp carbon dày một nguyên tử – nổi tiếng với độ bền và khả năng chịu nhiệt vượt trội.
Kết quả thử nghiệm cho thấy chip có thể duy trì dữ liệu hơn 50 giờ ở 700°C, chịu được hơn một tỷ chu kỳ chuyển đổi điện và hoạt động ở điện áp thấp khoảng 1,5 volt với tốc độ tính bằng chục nano giây.
Đáng chú ý, phát hiện này đến một cách tình cờ. Ban đầu nhóm nghiên cứu theo đuổi thiết kế khác dựa trên graphene nhưng không đạt kết quả như mong muốn. Trong quá trình thử nghiệm, họ phát hiện cơ chế mới giúp thiết bị hoạt động bền bỉ ở nhiệt độ cực cao.
Ở các linh kiện truyền thống, nhiệt độ cao khiến các nguyên tử kim loại di chuyển qua lớp cách điện và tạo thành đường dẫn điện không mong muốn, gây đoản mạch. Tuy nhiên, graphene ngăn chặn hiện tượng này. Các nguyên tử tungsten không thể bám vào bề mặt graphene, từ đó không hình thành đường dẫn gây hỏng thiết bị. Cơ chế này đã được xác nhận bằng kính hiển vi điện tử, quang phổ và mô phỏng lượng tử.
Khả năng chịu nhiệt vượt trội mở ra nhiều ứng dụng quan trọng. Trong lĩnh vực không gian, các thiết bị điện tử hiện nay thường không thể hoạt động trên những hành tinh có nhiệt độ cao như Sao Kim. Công nghệ mới có thể giúp khắc phục hạn chế này. Ngoài ra, các ngành như khoan địa nhiệt, năng lượng hạt nhân hay nhiệt hạch cũng cần thiết bị điện tử hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cực cao.
Ngay cả trong ứng dụng dân dụng, độ bền của chip cũng có thể được cải thiện đáng kể. Một linh kiện chịu được 700°C sẽ rất ổn định trong điều kiện khoảng 125°C thường gặp trong hệ thống điện tử ô tô.
Không chỉ lưu trữ dữ liệu, memristor còn có tiềm năng trong AI. Khác với máy tính truyền thống phải xử lý phép nhân ma trận theo từng bước, memristor có thể thực hiện tính toán trực tiếp thông qua dòng điện theo định luật Ohm, giúp tăng tốc và giảm tiêu thụ năng lượng đáng kể. Theo nhóm nghiên cứu, phần lớn tính toán trong các hệ thống AI hiện nay đều dựa trên phép nhân ma trận.
Nhóm của Yang cũng đã đồng sáng lập công ty TetraMem nhằm thương mại hóa công nghệ này. Các chip memristor đã được sử dụng trong một số tác vụ học máy, và phiên bản chịu nhiệt cao có thể mở rộng ứng dụng sang môi trường mà điện tử truyền thống không thể hoạt động.
Tuy vậy, công nghệ vẫn đang ở giai đoạn đầu. Các nhà khoa học cho biết cần phát triển thêm mạch logic chịu nhiệt và hoàn thiện quy trình sản xuất quy mô lớn. Hiện các thiết bị vẫn được chế tạo thủ công trong phòng thí nghiệm.
Dù còn nhiều thách thức, việc sử dụng các vật liệu quen thuộc như tungsten và hafnium oxide giúp tăng khả năng thương mại hóa. Graphene, dù mới hơn, cũng đang được các tập đoàn lớn phát triển và đã có thể sản xuất ở quy mô tấm nền silicon trong nghiên cứu.
Nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm CONCRETE – chương trình hợp tác giữa nhiều trường đại học do USC dẫn dắt, với sự hỗ trợ của Không quân Mỹ và hợp tác quốc tế.
Các nhà khoa học nhận định, bước tiến này không chỉ dừng lại ở một thiết bị, mà còn mở ra hướng đi mới cho công nghệ điện tử trong tương lai, đặc biệt trong bối cảnh thám hiểm không gian đang ngày càng mở rộng.
Thiết bị điện tử thường hỏng trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt, nhưng các nhà khoa học đã tạo ra một chip nhớ vẫn hoạt động ở mức nhiệt cao hơn cả dung nham. Ảnh: SciTechDaily.com
