Uma colaboração entre o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) e a Universidade George Washington resultou em descobertas inovadoras sobre o comportamento dos átomos em semicondutores. Publicado em setembro de 2025 na revista *Science*, o estudo revela que os átomos em semicondutores podem se auto-organizar em padrões localizados distintos, conhecidos como ordem de curto alcance (SRO). Essas formações de SRO foram identificadas como influenciadoras significativas das propriedades eletrônicas do material.
A pesquisa concentrou-se em ligas de germânio-estanho (GeSn), um material com potencial para aplicações em computação quântica e optoeletrônica. Utilizando microscopia avançada de transmissão eletrônica por varredura 4D (4D-STEM), os cientistas observaram arranjos atômicos claros e repetitivos nas amostras de GeSn, fornecendo a primeira evidência experimental direta de SRO em semicondutores. A capacidade de visualizar esses padrões em nível atômico representa um avanço crucial, superando limitações anteriores na microscopia.
Para decifrar esses padrões, a equipe colaborou com o grupo de Tianshu Li na Universidade George Washington, que desenvolveu um modelo de aprendizado de máquina capaz de simular milhões de átomos. Essa ferramenta permitiu correlacionar os padrões observados com estruturas atômicas específicas, integrando modelagem e experimentação para uma compreensão aprofundada da SRO em ligas de GeSn. O aprendizado de máquina tem se mostrado cada vez mais valioso na ciência de materiais, acelerando a descoberta e previsão de propriedades.
Essas descobertas têm implicações substanciais para o desenvolvimento de futuros dispositivos microeletrônicos. O controle preciso da SRO permite aos cientistas ajustar as características eletrônicas dos semicondutores, abrindo caminho para componentes eletrônicos mais eficientes e especializados. As ligas de germânio-estanho, em particular, oferecem mobilidade de portadores mais alta que o silício ou germânio e podem ser usadas em transistores de efeito de campo de alta velocidade e dispositivos optoeletrônicos infravermelhos.
A pesquisa tem o potencial de impactar tecnologias como materiais quânticos, computação neuromórfica e detectores ópticos. O estudo foi apoiado pelo Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA e pela Molecular Foundry. Os resultados foram apresentados na Reunião e Exposição de Primavera da MRS de 2025 em Seattle, Washington.
Entre os pesquisadores-chave envolvidos estavam Anis Attiaoui, John Lentz, Lilian Vogl (agora líder de grupo no Instituto Max Planck de Materiais Sustentáveis), Joseph C. Woicik, Jarod Meyer, Shunda Shen, Kunal Mukherjee, Tianshu Li, Andrew Minor e Paul McIntyre. A colaboração entre instituições como o Berkeley Lab e a Universidade George Washington é fundamental para impulsionar a inovação em ciência de materiais.