Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab) ve George Washington Üniversitesi'nden araştırmacılar, yarı iletkenlerdeki atomların kendi kendine organize olarak kısa menzilli düzen (SRO) adı verilen belirgin yerel desenler oluşturabildiğini doğruladı. Science dergisinde yayımlanan bu çalışma, bu SRO desenlerinin malzemenin elektronik özelliklerini önemli ölçüde etkilediğini ortaya koyuyor.
Özellikle kuantum bilişim ve optoelektronik alanlarında potansiyel taşıyan germanyum-kalay (GeSn) alaşımları üzerinde odaklanan ekip, gelişmiş 4 boyutlu taramalı geçirimli elektron mikroskobu (4D-STEM) kullanarak GeSn numunelerinde tekrarlayan atomik düzenlemeler gözlemledi. Bu, yarı iletkenlerde SRO'nun ilk doğrudan deneysel kanıtı niteliğinde.
Deney sonuçlarını yorumlamak için George Washington Üniversitesi'nden Tianshu Li'nin grubuyla işbirliği yapan araştırmacılar, milyonlarca atomu simüle edebilen gelişmiş bir makine öğrenimi modeli geliştirdi. Bu model sayesinde deneysel motifler belirli atomik yapılarla eşleştirilerek, GeSn alaşımlarındaki SRO'nun anlaşılmasına yönelik modelleme ve deney entegrasyonu sağlandı.
Bu keşifler, gelecekteki mikroelektronik cihazların geliştirilmesi için önemli çıkarımlar sunuyor. SRO'nun hassas kontrolü ile bilim insanları, yarı iletkenlerin elektronik özelliklerini ayarlayarak daha verimli ve özelleşmiş elektronik bileşenler yaratabilirler. Bu ilerleme, atomik ölçekte yarı iletken tasarımı yönünde önemli bir adım olarak görülüyor.
Çalışmanın kuantum malzemeleri, nöromorfik bilişim ve optik dedektörler gibi geniş bir teknoloji yelpazesini etkileme potansiyeli bulunuyor. Araştırma, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi ve Moleküler Dökümhane'den destek aldı. Bulgular ayrıca, Nisan 2025'te Seattle, Washington'da düzenlenen 2025 MRS Bahar Toplantısı ve Sergisi'nde de sunuldu. Bu toplantı, malzemeler bilimi ve mühendisliği alanındaki en son gelişmeleri paylaşmak üzere araştırmacıları, bilim insanlarını ve endüstri liderlerini bir araya getiren önemli bir platformdur.
Çalışmaya dahil olan kilit isimler arasında Anis Attiaoui, John Lentz, Lilian Vogl, Joseph C. Woicik, Jarod Meyer, Shunda Shen, Kunal Mukherjee, Tianshu Li, Andrew Minor ve Paul McIntyre yer alıyor. Lilian Vogl, şu anda Max Planck Sürdürülebilir Malzemeler Enstitüsü'nde grup lideri olarak görev yaparken, Tianshu Li George Washington Üniversitesi'nde İnşaat ve Çevre Mühendisliği profesörüdür.