ШІ допоміг розкрити структуру мікросхем на рівні атомів

Науковці вперше експериментально побачили прихований атомний порядок у напівпровідниках — прорив для нових поколінь мікросхем.

Дослідники з Ліверморської національної лабораторії Берклі та Університету Джорджа Вашингтона вперше експериментально виявили короткодіапазонний порядок атомів (short-range order, SRO) у напівпровідниках.

Цей порядок — невеликі, але стабільні групування атомів — впливає на провідність матеріалів, зокрема на зонну щілину (“band gap”), яка визначає електронні властивості. «Це перший раз, коли індивідуальну структуру таких доменів вдалося показати експериментально», — зазначив професор Ендрю Майнор з UC Berkeley.

Раніше прихований порядок атомів залишався недоступним через нестачу технологій, здатних фіксувати такі тонкі структури. Сліди олова та кремнію в германії були занадто слабкими, аби виділити їх із загального фону. Команда застосувала технологію 4D-STEM — просунуту електронну мікроскопію — у поєднанні з енергетичною фільтрацією для підвищення контрастності. Це дозволило побачити структури, що повторюються.

Для розпізнавання виявлених мотивів дослідники використали попередньо навчений штучний інтелект, який виявив шість характерних атомних схем. Їхню точну структуру допомогла встановити модель з мільйонами атомів, створена в Університеті Джорджа Вашингтона. «Моделювання і експеримент безперешкодно співпрацюють, щоб розкрити мотиви SRO вперше», — наголосив професор Тяньшу Лі.

Нове розуміння структури на атомному рівні відкриває шлях до створення новітніх типів мікросхем, зокрема квантових комп’ютерів і нейроморфних систем. Це також дозволяє моделювати матеріали з наперед заданими електронними властивостями. «Ми відкриваємо двері в нову епоху інформаційних технологій на атомному рівні», — вважає докторка Ліліан Фогл із UC Berkeley.

Втім, існують труднощі. Сигнали SRO можуть перекриватися з дефектами або розмиттям, викликаним тепловим рухом атомів. Вчені лише починають з’ясовувати, як ці мотиви впливають на поведінку матеріалів.