Aliyah Kovner, Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyası

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriBu tədqiqat üçün araşdırılan yarımkeçirici materialın təsviri, az miqdarda silikon və qalay ilə germaniumdan ibarətdir. Germanium atomları boz kürələr, silikon qırmızı və qalay mavi kimi təsvir edilmişdir. Kredit: Minor et al/Berkeley Lab

Bunu oxuduğunuz cihazı gücləndirən mikroçiplərin içərisində atomların öz gizli nizamı var. Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyası (Berkeley Laboratoriyası) və Corc Vaşinqton Universitetinin rəhbərlik etdiyi bir qrup yarımkeçiricilərdəki atomların materialın elektron davranışını dəyişdirən fərqli lokallaşdırılmış nümunələrdə yerləşəcəyini təsdiqlədi.

“Science” jurnalında dərc olunan tədqiqat müdafiə texnologiyaları üçün kvant hesablamaları və optoelektronik cihazlar üçün ixtisaslaşdırılmış yarımkeçiricilərin layihələndirilməsi üçün zəmin yarada bilər.

Atom miqyasında yarımkeçiricilər təkrarlanan qəfəs strukturlarında düzülmüş müxtəlif elementlərdən ibarət kristallardır . Bir çox yarımkeçiricilər əsasən bir elementdən hazırlanır və bir neçə başqa element az miqdarda qarışığa əlavə edilir. Materialda təkrarlanan nümunəyə səbəb olmaq üçün bu iz əlavələri kifayət qədər deyil , lakin bu atomların yaxın qonşularının yanında necə düzüldüyü çoxdan sirr olaraq qalır.

Nadir inqrediyentlər material sintezi zamanı üstünlük təşkil edən atomlar arasında təsadüfi şəkildə məskunlaşır, yoxsa atomların üstünlük təşkil edən düzülüşləri var ki, bu fenomen digər materiallarda qısa məsafəli nizam (SRO) adlanır? İndiyə qədər heç bir mikroskopiya və ya xarakteristika texnikası kristal quruluşun kiçik hissələrini araşdırmaq və SRO-nu birbaşa şərh etmək üçün kifayət qədər yaxından və kifayət qədər aydınlıqda yaxınlaşdıra bilməzdi.

“Bu maraqlı elmi sualdır, çünki SRO materialın xassələrini kəskin şəkildə dəyişir. Həmkarlarımız nəzəri olaraq yarımkeçiricilərdə SRO-nu proqnozlaşdırıblar, lakin bu, ilk dəfədir ki, bu SRO domenlərinin fərdi strukturu eksperimental olaraq nümayiş etdirilir” dedi həmmüəllif Andrew Minor, Milli Elektron Mikroskopiya Mərkəzinin direktoru, Berkeley FUC Materials Elmləri və professoru. Berkeley.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=1100001614&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1758882399&rafmt=1&armr=3&plas=164x742_l%7C164x742_r&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-09-atomic-neighborhoods-semiconductors-avenue-microelectronics.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4xMjgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjEyOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMTI4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1758882398707&bpp=1&bdt=149&idt=138&shv=r20250924&mjsv=m202509230101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1758881792%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1758881792%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3D878d521b85743f4c%3AT%3D1751526237%3ART%3D1758881792%3AS%3DAA-AfjZCLruwaFzoQORvGPwXS3Y2&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=4748932964364&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1884&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31094858%2C95360684%2C95368093&oid=2&pvsid=149733650472897&tmod=1255160406&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=2&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=966

Minor laboratoriyası yarımkeçiricilərdə atom nizamını başa düşməyə yönəlmiş Enerji Departamentinin (DOE) Enerji Sərhəd Araşdırma Mərkəzi olan Yarımkeçiricilərin (µ-Atomlar) İstehsalında Atom Sifarişinin Manipulyasiya Mərkəzinin bir hissəsidir. “Nəticələrimiz həyəcan vericidir, çünki bu yerli sifarişlə dəyişdirilən xüsusiyyət mikroelektronika üçün ən vacib xüsusiyyətdir, elektron xassələrə nəzarət edən bant boşluğudur” dedi.

İlk müəllif Lilian Voql, o zaman Minor laboratoriyasında postdoktorluq tədqiqatçısı olmuş, 4D-STEM adlı qrupun bu yaxınlarda öncülük etdiyi güclü elektron mikroskop növündən istifadə edərək, tərkibində az miqdarda qalay və silikon olan germanium nümunəsini tədqiq edərkən sıçrayış anı gəldi . İlkin nəticələr, qalaydan və silisiumdan difraksiya edən elektronlardan gələn zəif siqnalları səliqəli şəkildə qurulmuş germaniumdan güclü siqnallardan ayırmaq üçün çox qarışıq idi, buna görə də kontrastı yaxşılaşdırmaq üçün sistemdə enerji filtrləmə cihazı tətbiq etdi.

Növbəti məlumat dəsti onun monitorunda görünməyə başlayanda o, tez bir zamanda yeni bir nəticənin olduğunu anladı. Zəif siqnallar daha aydın idi və atomların hər şeydən sonra nizama üstünlük verdiyini göstərən təkrarlanan nümunələr ortaya çıxdı.

Tapıntılarını təsdiqləmək və bu nümunələrin nə demək olduğunu öyrənmək üçün Vogl enerji filtrləmə 4D-STEM ilə daha çox məlumat topladı və difraksiya şəkillərini çeşidləmək üçün əvvəlcədən öyrədilmiş neyron şəbəkəsindən istifadə etdi. Alət nümunə materialında xüsusi atom tənzimləmələrini təmsil edən altı təkrarlanan motivi müəyyən etdi, lakin Berkeley Laboratoriyası komandası hələ də motivləri yaradan dəqiq atom strukturlarını müəyyən edə bilmədi. Eksperimental nəticələrini şərh etmək üçün onlar Corc Vaşinqton Universitetində Mülki və Ətraf Mühit Mühəndisliyi professoru, həmmüəllif Tianshu Linin rəhbərlik etdiyi µ-Atoms əməkdaşlarına müraciət etdilər.

Li komandası materialın strukturunda milyonlarla atomu modelləşdirməyə qadir olan yüksək dəqiqlik və səmərəli maşın öyrənmə potensialı yaratdı və bu, Vogl-a eksperimental məlumatlarda motivlər üçün uyğunluqlar tapana qədər müxtəlif mümkün struktur tənzimləmələrdə simulyasiya edilmiş 4D-STEM-i yerinə yetirməyə imkan verdi.

Komandası əvvəllər SRO və onun təsirini proqnozlaşdıran və hazırkı tədqiqatı motivasiya etməyə kömək edən Li dedi: “Modelləşdirmə və eksperimentin ilk dəfə olaraq SRO struktur motivlərini açmaq üçün problemsiz işləyə bilməsi diqqətəlayiqdir”.

“SRO-nu eksperimental olaraq sübut etmək, onun struktur motivlərini müəyyən etmək bir yana, asan məsələ deyil. SRO-dan gələn siqnallar qüsurlar və ya otaq temperaturunda atomların xas hərəkəti ilə asanlıqla gizlənə bilər və indiyədək onları ayırmağın aydın yolu yox idi. Bu iş bizim daha geniş hədəfimizə doğru ilk addımı təmsil edir.”

Modeli inkişaf etdirən Li qrupundan tədqiqatçı alim Şunda Çen, “Maşın öyrənməsini birinci prinsiplərin hesablamaları ilə birləşdirən bu modellərlə biz eksperimental prosedurları yüksək dəqiqliklə təkrarlaya və əks halda gizli qalacaq struktur motivləri dəqiq təyin edə bilərik” dedi.

Arkanzas Universitetində və Sandia Milli Laboratoriyalarında digər µ-Atom üzvləri tərəfindən başladılan təqib işləri artıq bu qısa mənzilli sifariş motivlərinin yarımkeçiricinin elektron xüsusiyyətlərinə necə təsir etdiyi barədə fikirlər verir və elm adamları ümid edirlər ki, yeni cihaz növlərini və emal marşrutlarını aktivləşdirmək üçün əmrlə manipulyasiya etmək tezliklə mümkün olacaq.

Hazırda Max Planck Davamlı Materiallar İnstitutunda Ətraf Mühit və Analitik Elektron Mikroskopiya Qrupunun qrup rəhbəri olan Vogl, “Atom miqyasında yarımkeçiricilər dizayn etməklə, həqiqətən də mövcud imkanlardan kənara çıxa biləcəyik” dedi.

“Biz topoloji kvant materiallarından tutmuş neyromorfik hesablamalara və optik detektorlara qədər müxtəlif texnologiyalara təsir göstərə bilən bant strukturlarının uyğunlaşdırılması üçün SRO motivlərinin deterministik yerləşdirilməsinin kilidini açaraq, atom miqyasında informasiya texnologiyalarının yeni erasına qapı açırıq.”

Daha çox məlumat: Lilian M. Vogl et al, Yarımkeçiricilərdə qısa məsafəli sifariş motivlərinin müəyyən edilməsi, Elm (2025). DOI: 10.1126/science.adu0719

Jurnal məlumatı: Elm Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir