Исследовательская группа, возглавляемая Национальной лабораторией Лоуренса Беркли совместно с Университетом Джорджа Вашингтона, опубликовала новое исследование в журнале Science, подтверждающее, что атомы в полупроводниках будут расположены в уникальном локальном режиме, то есть в упорядочении на ближнем расстоянии (SRO), и это открытие изменит электронное поведение материала.

Полупроводники обычно состоят из одного основного элемента с добавлением небольшого количества других элементов. Хотя этих микродобавок недостаточно для формирования глобального повторяющегося рисунка, их локальное расположение неизвестно. Исследовательская группа впервые четко наблюдала паттерн расположения атомов в образцах германия, содержащих небольшое количество олова и кремния, с помощью технологии электронной микроскопии под названием 4D-STEM в сочетании с устройством энергетической фильтрации. Исследования показали, что эти атомы не распределены случайным образом, но имеют приоритетные характеристики, образуя упорядоченную структуру на короткие расстояния. По словам первого автора статьи Лилиан Фогель, первоначальные результаты были хаотичными и трудно различить сигналы, но после установки устройства фильтрации энергии повторяющиеся паттерны постепенно проявились.

Чтобы проверить результаты, исследовательская группа классифицировала дифракционные изображения с помощью заранее обученной нейронной сети и идентифицировала шесть повторяющихся рисунков, представляющих определенное расположение атомов в материалах образца. Затем их совместная команда с Университетом Джорджа Вашингтона использовала модель машинного обучения для моделирования миллионов атомов в структуре материала, успешно смоделировав атомную структуру, которая соответствовала экспериментальным данным. Ли Тяньшу, профессор Университета Джорджа Вашингтона, сказал: « Моделирование и эксперименты бесшовно взаимодействуют друг с другом, впервые раскрыв структурную модель SRO ».

Последующие исследования в Университете Арканзаса и Национальной лаборатории Сандия дали глубокое представление о том, как эти упорядоченные структуры ближнего радиуса действия влияют на электронные свойства полупроводников. Ученые надеются, что, манипулируя этой упорядоченной структурой, можно будет реализовать новое оборудование и маршруты обработки. «Разрабатывая полупроводники в атомном масштабе, мы преодолеем нынешние границы возможностей и откроем дверь в новую эру информационных технологий в атомном масштабе», — сказал Фогель.