Điện ảnh

Sản xuất bộ phim nguyên tử nhỏ nhất thế giới

Cảnh phim “Cậu bé và nguyên tử"
(KHCN)- Bộ phim nhỏ nhất thế giới, được sản xuất bằng một trong những phần tử nhỏ bé nhất trong vũ trụ, đó là nguyên tử, vừa được các nhà khoa học IBM công bố ngày 2-5.

Với tên gọi “Cậu bé và Nguyên tử,” bộ phim đạt kỷ lục Guinness này đã sử dụng hàng nghìn nguyên tử được sắp đặt một cách chính xác để tạo ra gần 250 khung hình tĩnh stop-motion.

Nguyên tử là đơn vị cơ bản của vật chất chứa một hạt nhân ở trung tâm bao quanh bởi đám mây điện tích âm các electron. Hạt nhân nguyên tử là dạng gắn kết hỗn hợp giữa các proton mang điện tích dương và các neutron trung hòa điện (ngoại trừ trường hợp của nguyên tử hiđrô, với hạt nhân ổn định chỉ chứa một proton duy nhất không có neutron). Electron của nguyên tử liên kết với hạt nhân bởi tương tác điện từ và tuân theo các nguyên lý của cơ học lượng tử. Tương tự như vậy, nhóm các nguyên tử liên kết với nhau bởi liên kết hóa học dựa trên cùng một tương tác này, và tạo lên phân tử. Một nguyên tử chứa số hạt electron bằng số hạt proton thì trung hòa về điện tích, trong khi số electron nếu nhiều hoặc ít hơn thì nó mang điện tích âm hoặc dương và gọi là ion. Nguyên tử được phân loại tuân theo số proton và neutron trong hạt nhân của nó: số proton xác định lên nguyên tố hóa học, và số neutron xác định đồng vị của nguyên tố đó

Khám phá thế giới nguyên tử


Bộ phim “Cậu bé và nguyên tử" kể về một nhân vật tên là Atom (Nguyên tử) đã kết bạn với một nguyên tử và cùng chơi đùa với nhau, từ khiêu vũ đến đuổi bắt và nhún nhảy trên một tấm đệm căng bằng bạt. Trên nền nhạc vui nhộn, bộ phim là một cách tiếp cận độc đáo để truyền tải về khoa học cho cộng đồng không thuộc giới nghiên cứu.

“Di chuyển các nguyên tử không phải là điều quá khó, nhưng nắm bắt, định vị và xếp hình các nguyên tử để tạo thành một bộ phim ở cấp độ nguyên tử lại là phạm trù của khoa học chính xác, và là một lĩnh vực hoàn toàn mới,” ông Andreas Heinrich, thẩm định viên chính của IBM Research phát biểu.

“Tại IBM, các nhà nghiên cứu không chỉ đơn thuần là tìm hiểu các kết quả khoa học mà chúng tôi còn hiện thực hóa nó. Bộ phim này là một cách nhẹ nhàng để chia sẻ về thế giới nguyên tử, mở ra những ngưỡng cửa mới về toán học và khoa học cho sinh viên và những người bình thường.”

Để sản xuất bộ phim, các nguyên tử được di chuyển bằng một kính hiển vi quét chui hầm do IBM phát minh và giành giải Nobel Vật lý năm 1986. Đây là thiết bị đầu tiên cho phép các nhà khoa học nhìn rõ hình ảnh của thế giới đến tận cấp độ nguyên tử.

Một nhà khoa học của IBM cho biết, chiếc kính hiển vi này có trọng lượng 2 tấn, hoạt động ở nhiệt độ -268oC và phóng đại bề mặt nguyên tử lên hơn 100 triệu lần. Khả năng kiểm soát nhiệt độ, áp lực và rung chấn ở những cấp độ chính xác giúp cho phòng thí nghiệm của IBM Research trở thành một trong số rất ít nơi trên thế giới có khả năng di chuyển các nguyên tử với độ chính xác đến như vậy.

Thông qua một chiếc máy tính thông thường, các nhà nghiên cứu của IBM đã sử dụng chiếc kính hiển vi này để điều khiển một đầu kim cực mảnh trên bề mặt vật liệu bằng đồng nhằm "cảm nhận" về các nguyên tử. Khi nguyên tử di chuyển, nó tạo ra một âm thanh đặc trưng, và đây chính là tín hiệu phản hồi để xác định xem nguyên tử này đã thực sự di chuyển qua bao nhiêu vị trí.

Trong quá trình sản xuất bộ phim, các nhà khoa học đã chụp lại các hình ảnh tĩnh của từng vị trí sắp xếp nguyên tử, và kết quả là đã tạo ra 242 khung hình đơn.

Nhu cầu về thu nhỏ dữ liệu khổng lồ

Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà khoa học của IBM đã nghiên cứu các vật liệu ở kích thước nano nhằm khám phá những giới hạn về lưu trữ dữ liệu, bên cạnh nhiều vấn đề khác nữa.

Khi mạch tích hợp trong máy tính thu nhỏ đến kích thước nguyên tử – điều đã diễn ra từ nhiều thập kỷ nay theo định luật Moore – các nhà thiết kế chip máy tính đang gặp phải những giới hạn vật lý khi chỉ sử dụng những kỹ thuật truyền thống. Việc khám phá các phương pháp mới để nghiên cứu hiện tượng từ tính và các thuộc tính của nguyên tử trên các bề mặt được kiểm soát chặt chẽ cho phép các nhà khoa học của IBM xác định được các hướng đi hoàn toàn mới về điện toán.
Năm 1981, hai nhà nghiên cứu của IBM, Gerd Binnig và Heinrich Rohrer, đã đột phá thành công lĩnh vực khoa học về những phần tử siêu, siêu nhỏ với phát minh về kính hiển vi quét chui hầm (scanning tunneling microscope - STM). Đây là một loại kính hiển vi phi quang học, được sử dụng để quan sát hình thái học bề mặt của vật rắn hoạt động dựa trên việc ghi lại dòng chui hầm của điện tử khi sử dụng một mũi dò quét trên bề mặt mẫu.

Phát minh này đã cho phép các nhà khoa học hiển thị hình ảnh của thế giới đến tận cấp độ của các phân tử và nguyên tử. Kính hiển vi STM đã được trao tặng giải Nobel Vật lý vào năm 1986 và được công nhận rộng rãi như là một thiết bị đã mở ra cánh cửa để đến với công nghệ nano và nhiều khám phá khoa học trong nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như điện hóa, khoa học bán dẫn và sinh học phân tử.

Sử dụng những đối tượng nhỏ nhất để có thể tạo ra các thiết bị lưu trữ dữ liệu – những nguyên tử đơn lẻ – cũng chính nhóm các nhà nghiên cứu của IBM đã sản xuất ra bộ phim nhỏ nhất thế giới này mới đây đã tạo ra “bit từ tính” (magnetic bit) nhỏ nhất thế giới. Tháng 1-2012, họ cũng là những người đầu tiên trả lời được câu hỏi là cần phải có bao nhiêu nguyên tử để có thể lưu trữ một cách tin cậy một bit thông tin từ tính. Và câu trả lời là 12, trong khi phải cần đến 1 triệu nguyên tử để lưu trữ một bit dữ liệu trên một chiếc máy tính hay thiết bị điện tử hiện tại. Nếu được thương mại hóa, đến một ngày nào đó, bộ nhớ nguyên tử này có thể lưu trữ tất cả những bộ phim từng được sản xuất từ trước đến nay trên một thiết bị có kích thước chỉ nhỏ bằng chiếc móng tay.
TH
Ý kiến bình luận của bạn đã được gửi!
Bật chế độ gõ tiếng Việt
Bình luận của bạn Để thuận tiện cho việc đăng tải, bạn vui lòng nhập ý kiến phản hồi bằng tiếng Việt có dấu.

Thông tin website

Chuyên trang Bản tin khoa học công nghệ.
Thực hiện : Phòng Khoa học - Công nghệ, Trung Tâm CNTT, BộVăn hoá,Thể thao & Du lịch.
Người chịu trách nhiệm chính: Nguyễn Thanh Liêm - Giám đốc.

Địa chỉ: Ngõ 2 số 20, Vân Hồ, Hoa Lư, Hà Nội;
Tel: 0243 9745845
Email: khoahoccongnghe@cinet.gov.vn
Ghi rõ nguồn khi phát lại thông tin từ website này.

Liên hệ Tòa soạn