Sinh viên

8 Tháng 3, 2017
 

Vật liệu Nano – nền tảng của công nghệ cao!

Công nghệ nano là ngành khoa học nghiên cứu về các vật liệu trong phạm vi kích thước nanomet – 10-9 mét. Bạn hãy tưởng tượng một hạt kích cỡ 1 nm khi so sánh với quả bóng tennis sẽ tương tự như quả bóng tennis so với Trái đất. Một sợi tóc của con người có kích thước 75.000 nm và kích thước nhỏ nhất mắt người có thể nhìn thấy là 10.000 nm.

Trong phạm vi kích thước  từ 1 tới 100 nm của vật chất, có nhiều hiện tượng độc đáo xảy ra giúp các nhà khoa học khám phá ra những ứng dụng mới lạ. Ứng dụng ban đầu, sơ khai nhất của công nghệ nano phải kể tới chiếc cốc Lycurgus của La Mã ở thế kỷ thứ IV. Thuỷ tinh được sử dụng để tạo ra những chiếc cốc này có lẫn các hạt nano vàng và bạc, từ đó hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt đã xảy ra. Hiện tượng này giúp cho chiếc cốc có màu xanh khi nhìn từ bên ngoài, nhưng nếu đặt một ngọn nến bên trong thì cốc lại chuyển thành màu đỏ. Điều thú vị là ở vào thời đó, những nhà chế tạo thuỷ tinh chỉ “vô tình” làm ra loại cốc này mà chưa hề biết đến sự có mặt  cũng như ý nghĩa của các hạt nano vàng và bạc có trong thành phần của thủy tinh.

Ngày nay, ứng dụng của công nghệ nano trên nhiều lĩnh vực đã và đang được phát triển mạnh mẽ. Đáng chú ý nhất là ứng dụng các hạt, dây và màng mỏng kích thước nano trong vật liệu bán dẫn và công nghệ điện tử. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử trong nhiều thập kỷ gần đây mà chúng ta đã có những bước tiến vượt bậc trong tự động hoá, công nghệ thông tin và kết nối thế giới. Định luật Moore từ năm 1965 (lấy theo tên Gordon Moore – đồng sáng lập Fairchild Semiconductor và Intel) dự đoán số transistor trên mỗi inch vuông tăng lên gấp đôi sau mỗi năm. Định luật này có ý nghĩa rất lớn tới việc đầu tư, nghiên cứu và phát triển công nghệ bán dẫn và mang tới nhiều thành tựu to lớn. Tuy nhiên tới thập kỷ 80 – đầu 90, sự phát triển nhanh chóng trước kia đã chững lại và dự đoán được điều chỉnh lại rằng phải 24 tháng (2 năm) thì số transistor mới tăng lên gấp đôi. Khi mà kích thước transistor càng ngày càng thu nhỏ thì việc chế tạo càng khó lên. Hiện nay, kích cỡ transistor đã đạt tới mức 14 nm và đang dần chuyển sang giai đoạn 10 nm, cùng với đó công nghệ sản xuất transistor kích cỡ 7 nm đã được các tập đoàn sản xuất chip và vi xử lý lớn đầu tư nghiên cứu. Với tốc độ phát triển nhanh chóng như vậy, định luật Moore đã dần không còn đúng nữa và một kỷ nguyên mới – kỷ nguyên của các transistor kích cỡ phân tử, nguyên tử đang được mở ra. Tại đây, thay vì sử dụng Silic truyền thống, các dây hoặc sợi nano bán dẫn khác sẽ được sử dụng để chế tạo ra những bộ vi xử lý có tốc độ ngày càng nhanh hơn và kích thước nhỏ hơn  trước.

Trong sự phát triển không ngừng của ngành sản xuất chế tạo vật liệu bán dẫn và bộ vi xử lý điện tử nói riêng cũng như của ngành công nghệ nano nói chung, các nhà khoa học và kỹ sư đã và đang không ngừng nghiên cứu và học hỏi. Khoa Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ Nano, trường Đại học Công nghệ  - Đại học Quốc gia Hà Nội là một trong những trung tâm nghiên cứu hàng đầu ở Việt Nam về công nghệ Nano. Thông qua những đề tài nghiên cứu khoa học các cấp, vật liệu và linh kiện bán dẫn cấu trúc nano đã được nghiên cứu và bước đầu thử nghiệm ứng dụng trong các lĩnh vực  khai thác năng lượng tái tạo (pin mặt trời), hiển thị (màn hình OLED, của sổ thông minh…). Cụ thể:

- Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu chuyển tiếp dị chất cấu trúc nano ứng dụng trong các linh kiện quang – điện” – Đề tài nghiên cứu cấp ĐHQG Hà Nội, mã số QG.15.26.

- Đề tài “Nghiên cứu tính chất truyền hạt tải trong màng mỏng tổ hợp nano sử dụng cho OLED, OSC, OECD và OTFS nhằm nâng cao hiệu suất của linh kiện” – Đề tài của Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia NAFOSTED mã số 103.02-2013.39.

- Đề tài “Mô phỏng và mô hình hóa các pha trong hệ lượng tử kích thước nano và khả năng ứng dụng trong thông tin lượng tử” – Đề tài nghiên cứu cấp ĐHQG Hà Nội, mã số QG.15.24.

GS.VS. Nguyễn Văn Hiệu (ngoài cùng bên phải) – Người khởi xướng và đặt nền móng cho sự phát triển của Công nghệ nano tại Việt nam, trong buổi làm việc đầu năm 2017 tại Khoa VLKT&CNNN, Trường ĐHCN-ĐHQGHN.