सेमीकंडक्टर में परमाणु पैटर्न इलेक्ट्रॉनिक गुणों को प्रभावित करते हैं

सितंबर 2025 में, लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (बर्कले लैब) और जॉर्ज वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने *साइंस* जर्नल में महत्वपूर्ण निष्कर्ष प्रकाशित किए। उन्होंने पुष्टि की कि सेमीकंडक्टर के भीतर परमाणु छोटी दूरी के क्रम (एसआरओ) नामक विशिष्ट स्थानीय पैटर्न में व्यवस्थित हो सकते हैं। इन एसआरओ पैटर्न का सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

यह अध्ययन विशेष रूप से जर्मेनियम-टिन (GeSn) मिश्र धातुओं पर केंद्रित था, जो क्वांटम कंप्यूटिंग और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आशाजनक सामग्री हैं। उन्नत 4डी स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (4डी-एसटीईएम) का उपयोग करके, वैज्ञानिकों ने GeSn नमूनों में स्पष्ट, दोहराए जाने वाले परमाणु व्यवस्थाओं का अवलोकन किया, जो सेमीकंडक्टर सामग्री में एसआरओ के पहले प्रत्यक्ष प्रयोगात्मक प्रमाण प्रदान करते हैं।

इन परमाणु पैटर्न की व्याख्या करने के लिए, टीम ने जॉर्ज वाशिंगटन विश्वविद्यालय में तियानशू ली के समूह के साथ सहयोग किया। ली के सहयोगियों ने लाखों परमाणुओं का अनुकरण करने में सक्षम एक परिष्कृत मशीन-लर्निंग मॉडल विकसित किया। इस मॉडल ने शोधकर्ताओं को प्रयोगात्मक रूपांकनों को विशिष्ट परमाणु संरचनाओं से सटीक रूप से मिलान करने में सक्षम बनाया, जिससे GeSn मिश्र धातुओं में एसआरओ की व्यापक समझ के लिए मॉडलिंग और प्रयोग का एकीकरण हुआ।

इन खोजों के भविष्य के माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं। एसआरओ को सटीक रूप से नियंत्रित करके, वैज्ञानिक सेमीकंडक्टर की इलेक्ट्रॉनिक विशेषताओं को प्रभावी ढंग से तैयार कर सकते हैं। यह उन्नति अधिक कुशल और विशेष इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण का मार्ग प्रशस्त कर सकती है, जो परमाणु-स्तरीय सेमीकंडक्टर डिजाइन की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है। अनुसंधान में क्वांटम सामग्री, न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटिंग और ऑप्टिकल डिटेक्टर सहित प्रौद्योगिकियों की एक विस्तृत श्रृंखला पर प्रभाव डालने की क्षमता है।

इस अध्ययन को अमेरिकी ऊर्जा विभाग के विज्ञान कार्यालय और आणविक फाउंड्री से समर्थन प्राप्त हुआ। निष्कर्षों को सिएटल, वाशिंगटन में 2025 एमआरएस स्प्रिंग मीटिंग और प्रदर्शनी में भी प्रस्तुत किया गया था। अध्ययन में प्रमुख शोधकर्ताओं में एनिस अटियाओई, जॉन लेंट्ज़, लिलियन वोगल (जो अब मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर सस्टेनेबल मैटेरियल्स में समूह नेता हैं), जोसेफ सी. वोइक, जारोड मेयर, शुंडा शेन, कुणाल मुखर्जी, तियानशू ली (जॉर्ज वाशिंगटन विश्वविद्यालय में प्रोफेसर), एंड्रयू माइनर और पॉल मैकिन्टायर शामिल हैं।

यह शोध न केवल सेमीकंडक्टर सामग्री के व्यवहार की हमारी समझ को गहरा करता है, बल्कि क्वांटम कंप्यूटिंग और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स जैसे क्षेत्रों में नवाचार के लिए नए रास्ते भी खोलता है। जर्मेनियम-टिन मिश्र धातुओं जैसी सामग्रियों में परमाणु व्यवस्था को नियंत्रित करने की क्षमता भविष्य के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए अभूतपूर्व प्रदर्शन और कार्यक्षमता का वादा करती है। मशीन लर्निंग का उपयोग जटिल परमाणु संरचनाओं की व्याख्या करने में महत्वपूर्ण रहा है, जो प्रयोगात्मक अवलोकन और सैद्धांतिक मॉडलिंग के बीच की खाई को पाटता है। यह सहयोगात्मक प्रयास सामग्री विज्ञान में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है, जो अधिक कुशल और शक्तिशाली इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियों के विकास का मार्ग प्रशस्त करता है।