Una colaboración entre el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y la Universidad George Washington ha revelado hallazgos innovadores sobre la autoorganización de átomos en semiconductores. Publicado en la revista *Science* en septiembre de 2025, el estudio confirma que los átomos dentro de los semiconductores pueden formar patrones localizados distintivos, conocidos como orden de corto alcance (SRO, por sus siglas en inglés). Estos patrones de SRO influyen significativamente en las propiedades electrónicas del material, un descubrimiento crucial para el avance de la microelectrónica.
La investigación se centró en aleaciones de germanio-estaño (GeSn), materiales con gran potencial en computación cuántica y optoelectrónica. Utilizando microscopía avanzada de transmisión electrónica de barrido 4D (4D-STEM), los científicos observaron arreglos atómicos claros y repetitivos en las muestras de GeSn, proporcionando la primera evidencia experimental directa de SRO en semiconductores. Para interpretar estos patrones, el equipo colaboró con el grupo de Tianshu Li en la Universidad George Washington, quienes desarrollaron un sofisticado modelo de aprendizaje automático capaz de simular millones de átomos. Esta sinergia entre experimentación y modelado permitió una comprensión integral de la SRO en aleaciones de GeSn.
Estos descubrimientos tienen implicaciones sustanciales para el desarrollo de futuros dispositivos microelectrónicos. Al controlar con precisión la SRO, los científicos pueden adaptar las características electrónicas de los semiconductores, lo que podría conducir a la creación de componentes electrónicos más eficientes y especializados. Este avance representa un paso significativo hacia el diseño de semiconductores a escala atómica, con el potencial de impactar tecnologías como materiales cuánticos, computación neuromórfica y detectores ópticos.
La investigación recibió apoyo de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. y de la Molecular Foundry. Los hallazgos se presentaron en la Reunión y Exposición de Primavera de la MRS de 2025 en Seattle, Washington. Entre los investigadores clave se encuentran Anis Attiaoui, John Lentz, Lilian Vogl, Joseph C. Woicik, Jarod Meyer, Shunda Shen, Kunal Mukherjee, Tianshu Li, Andrew Minor y Paul McIntyre. Lilian Vogl, ahora líder de grupo en el Instituto Max Planck de Materiales Sostenibles, y Tianshu Li, profesor en la Universidad George Washington, destacaron la importancia de la manipulación de la estructura atómica a nivel de SRO para diseñar materiales con propiedades electrónicas a medida. La sinergia entre la microscopía de alta resolución y las herramientas de simulación basadas en inteligencia artificial es fundamental para desentrañar las complejidades de la autoorganización atómica, allanando el camino para innovaciones sin precedentes en la ciencia de materiales.