Une collaboration scientifique entre le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et l'Université George Washington a mis en lumière une découverte fondamentale concernant les matériaux semi-conducteurs. Publiés dans la revue *Science* en septembre 2025, les résultats démontrent que les atomes au sein de ces matériaux peuvent s'auto-organiser en motifs distincts et localisés, un phénomène appelé ordre à courte portée (SRO). Ce phénomène influence de manière significative les propriétés électroniques des matériaux.
L'étude s'est concentrée sur les alliages de germanium-étain (GeSn), reconnus pour leur potentiel dans les domaines de l'informatique quantique et de l'optoélectronique. Grâce à la microscopie électronique à transmission 4D (4D-STEM), une technique d'imagerie avancée, les chercheurs ont pu observer directement des arrangements atomiques récurrents et définis dans les échantillons de GeSn. Cette observation constitue la première preuve expérimentale de l'existence du SRO dans les semi-conducteurs.
Pour analyser ces structures atomiques complexes, l'équipe a collaboré avec le groupe de Tianshu Li de l'Université George Washington. Ce dernier a développé un modèle sophistiqué d'apprentissage automatique capable de simuler des millions d'atomes. Cette approche a permis de faire correspondre précisément les motifs observés expérimentalement avec des structures atomiques spécifiques, fusionnant ainsi modélisation et expérimentation pour une compréhension approfondie du SRO dans les alliages GeSn.
L'apprentissage automatique joue un rôle de plus en plus crucial dans la science des matériaux, facilitant l'interprétation de données atomiques complexes et accélérant la découverte de nouveaux matériaux aux propriétés sur mesure. Ces découvertes ouvrent des perspectives considérables pour le développement de futurs dispositifs microélectroniques. En maîtrisant le contrôle du SRO, les scientifiques peuvent ajuster finement les caractéristiques électroniques des semi-conducteurs, menant potentiellement à la création de composants électroniques plus efficaces et spécialisés.
Les alliages de germanium-étain, en particulier, sont prometteurs pour les technologies de nouvelle génération, notamment dans les matériaux quantiques et l'informatique neuromorphique. Les résultats de cette recherche ont été présentés lors du congrès 2025 MRS Spring Meeting & Exhibit à Seattle. Les chercheurs clés impliqués dans cette étude incluent Anis Attiaoui, John Lentz, Lilian Vogl, Joseph C. Woicik, Jarod Meyer, Shunda Shen, Kunal Mukherjee, Tianshu Li, Andrew Minor et Paul McIntyre. Le soutien de l'Office of Science du Département de l'Énergie des États-Unis et du Molecular Foundry a été essentiel à la réalisation de ces travaux.