У вересні 2025 року спільне дослідження Національної лабораторії Лоуренса Берклі (Berkeley Lab) та Університету Джорджа Вашингтона, опубліковане в журналі "Science", виявило, що атоми в напівпровідниках можуть самоорганізовуватися в специфічні локалізовані структури, відомі як ближній порядок (SRO). Ці патерни SRO суттєво впливають на електронні властивості матеріалу, відкриваючи нові можливості для розробки передових електронних компонентів.
Дослідження, зосереджене на сплавах германію та олова (GeSn), які мають великий потенціал для застосувань у квантових обчисленнях та оптоелектроніці, вперше експериментально підтвердило існування SRO в напівпровідникових матеріалах. Використовуючи передову 4D-скануючу трансмісійну електронну мікроскопію (4D-STEM), вчені спостерігали чіткі, повторювані атомні конфігурації в зразках GeSn. Команда під керівництвом Ендрю Майнера з Berkeley Lab та Пола Макінтайра зі Стенфорду підкреслила, як ці локалізовані атомні порядки можуть змінювати електронні властивості матеріалів.
Для інтерпретації спостережуваних атомних патернів команда співпрацювала з групою Тіаншу Лі з Університету Джорджа Вашингтона. Колеги Лі розробили складну модель машинного навчання, яка дозволила дослідникам точно зіставити експериментальні мотиви з конкретними атомними структурами, інтегруючи моделювання та експеримент для глибокого розуміння SRO в сплавах GeSn. Тіаншу Лі зазначив, що ця співпраця є ключовою для розкриття складних структур SRO.
Відкриття мають значні наслідки для розробки майбутніх мікроелектронних пристроїв. Точно контролюючи SRO, вчені можуть ефективно налаштовувати електронні характеристики напівпровідників, що може призвести до створення більш ефективних та спеціалізованих електронних компонентів. Ліліан Вогль, яка брала участь у дослідженні, зазначила, що це відкриває двері до нової ери інформаційних технологій на атомному рівні, дозволяючи детерміновано розміщувати мотиви SRO для налаштування зонних структур.
Дослідження отримало підтримку від Управління науки Міністерства енергетики США та Molecular Foundry. Результати також були представлені на конференції MRS Spring Meeting & Exhibit 2025 у Сіетлі, Вашингтон. Ця робота є частиною ширшої мети центру µ-Atoms, спрямованої на розуміння атомного порядку в напівпровідниках для розробки нових матеріалів для квантових технологій та оптоелектроніки. Серед ключових осіб, залучених до дослідження, були Аніс Аттіауї, Джон Ленц, Ліліан Вогль, Джозеф Вуйчик, Джарод Майєр, Шунда Шен, Кунал Мукерджі, Тіаншу Лі, Ендрю Майнер та Пол Макінтайр.