Нове бачення внутрішньої структури мікрочипів. Дослідники вперше виявили непомітний атомний порядок у напівпровідникових матеріалах.

Цей раніше непомічений феномен має потенціал суттєво змінити наше розуміння функціонування сучасних мікрочипів і прокласти шлях до розробки матеріалів з певними електронними характеристиками.

До цього моменту дослідники лише припускали, де можуть знаходитися рідкісні атоми, додані до напівпровідників, таких як олово чи кремній. Їхня кількість занадто незначна, щоб утворити великі регулярні структури, а традиційні методи мікроскопії не забезпечували потрібної роздільної здатності. Саме локальне упорядкування атомів має суттєвий вплив на ширину забороненої зони, що є критично важливим параметром у мікроелектроніці.

Для вирішення цієї задачі вчені інтегрували сучасну електронну мікроскопію (метод 4D-STEM) з технологіями машинного навчання. На початку дослідження вони аналізували зразок германію, до якого були додані домішки олова й кремнію. Проте слабкі сигнали від домішок загублювалися серед потужних сигналів, які видавало германій. Впровадження енергетичного фільтра значно підвищило контрастність, що дало змогу вперше розглянути тонкі повторювані атомні структури.

Далі команда використала попередньо навчену нейронну мережу, що виявила шість повторюваних мотивів, але їхня точна структура залишалася невідомою. Тут долучилися фахівці Університету Джорджа Вашингтона: вони створили модель машинного навчання, здатну відтворювати мільйони атомів і перевіряти різні схеми розташування. Коли моделювання збіглося з експериментальними даними, вдалося остаточно підтвердити прихований атомний порядок.

На думку співавтора дослідження Тяньшу Лі, впровадження високої роздільної здатності, енергетичної фільтрації та штучного інтелекту вперше дало можливість безпосередньо виявити структурні компоненти SRO. Контроль над цим явищем може дозволити регулювати ширину забороненої зони та інші важливі характеристики напівпровідників, що відкриває нові горизонти для розробки швидших квантових комп'ютерів, нейроморфних пристроїв, які імітують функції мозку, а також сучасних оптичних сенсорів.

Стаття, що з’явилася в журналі Science, вважається значним досягненням у розвитку інформаційних технологій нового покоління на атомарному рівні.