Phản sắt từ: Vật liệu thần kỳ có thể thay thế silicon trong lĩnh vực chip nhớ

Silic là nguyên tố phong phú thứ hai trong vỏ Trái đất (sau ôxy), nó rẻ và có khả năng dẫn điện và/hoặc có thể hoạt động như một chất cách điện. Khi được chuyển đổi thành các tấm silicon, nó góp phần tạo ra máy tính, smartphone và các thiết bị điện tử khác mà chúng ta đang sử dụng hàng ngày.

Rõ ràng, silicon là vật liệu không thể thiếu ở thời điểm hiện tại. Chúng ta sẽ không thể bước vào Kỷ nguyên Kỹ thuật số nếu không có silicon.

Nhưng nhu cầu ngày càng tăng của chúng ta về mặt tạo ra và lưu trữ dữ liệu đang đẩy silicon tới những giới hạn về cả tốc độ, mật độ và bảo mật. Trong nỗ lực tìm kiếm giải pháp thay thế xứng đáng cho chip nhớ dùng silicon, các nhà vật lý của MIT đã tìm đến vật liệu mới có tên Phản sắt từ.

"Vật liệu Phản sắt từ (AFM) là anh em họ ít được biết đến của sắt từ hoặc vật liệu từ tính thông thường. Khi mà điện tử trong sắt từ quay đồng bộ - đặc tính cho phép kim la bàn luôn chỉ về hướng Bắc, theo từ tính của Trái đất - thì các electron trong phản sắt từ thích quay ngược lại so với nhau. Vì thế, từ tính được dập tắt một cách hiệu quả ngay cả ở mức nhỏ nhất", nhà nghiên cứu Jennifer Chu của MIT chia sẻ.

"Do không có từ tính thuần trong một nam châm phản từ tính nên nó không hấp thụ bất kỳ từ trường nào ở bên ngoài. Nếu được dùng để chế tạo các chip nhớ, các bit phản từ tính có thể bảo vệ dữ liệu để chúng không bị ảnh hưởng, bị xóa bởi từ tính. Bên cạnh đó, vật liệu phản từ tính cũng mở đường cho việc chế tạo các bóng bán dẫn nhỏ hơn và đóng gói số lượng bóng bán dẫn lớn hơn trên mỗi chip so với silicon".

Với các doanh nghiệp cần lưu trữ nhiều dữ liệu, thật kỳ diệu nếu có thể lưu trữ nhiều dữ liệu hơn trên các thiết bị của họ.

"Chip nhớ AFM cho phép mở rộng dung lượng lưu trữ của các thiết bị hiện tại, có chung dung lượng nhưng lại có thể chứa nhiều dữ liệu hơn", Riccardo Comin, trợ lý giáo sư vật lý tại MIT và là tác giả của nghiên cứu vật liệu AFM chia sẻ.

Tuy nhiên, chip nhớ AFT cũng có những hạn chế và nhược điểm riêng. "Cần rất nhiều điện năng cho mỗi lần đọc hoặc ghi dữ liệu lên chip nhớ AFM", Jiarui Li, một trong những nhà nghiên cứu tiết lộ. "Khi mà mọi thứ trở nên rất nhỏ, điện năng và nhiệt tạo ra bởi các dòng điện là rất đáng kể".

Nhóm nhà nghiên cứu của MIT cũng đã thành công khi thử nghiệm các cách triển khai chuyển mạch AFM hiệu quả hơn. Chuyển mạch là quá trình dữ liệu được ghi vào các bóng bán dẫn có thể được bật và tắt để xác định một bức ảnh được lưu trữ hoặc tệp kỹ thuật số khác. Đặc biệt, họ còn có thể pha tạp thêm các chất khác vào AFM để tăng cường thêm những ưu điểm và loại bỏ nhược điểm.

"Nghiên cứu này có thể mang tới cơ hội phát triển ra một loại chip nhớ AFM hoạt động tương tự chip silicon nhưng lưu trữ dữ liệu an toàn hơn, có mật độ cao hơn", Comin nói thêm. "Đây là chìa khóa để giải quyết những thách thức của một thế giới phát tiển, tồn tại dựa vào dữ liệu".

Có thể chiếc smartphone hoặc máy tính mà bạn mua sắp tới sẽ không sử dụng chip nhớ AFM nhưng nhu cầu của nền kinh tế số buộc chúng ta phải tìm cách giảm phụ thuộc vào silicon, thay thế silicon...