Uma equipe de pesquisa liderada conjuntamente pelo  e pela Universidade George Washington publicou um novo estudo na revista Science, demonstrando que átomos em semicondutores podem se organizar em padrões locais únicos, conhecidos como ordem de curto alcance (SRO), uma descoberta que altera o comportamento eletrônico do material.

Um diagrama esquemático do material semicondutor estudado no estudo, composto de germânio com pequenas quantidades de silício e estanho. Os átomos de germânio são representados como esferas cinzas, os de silício como esferas vermelhas e os de estanho como esferas azuis.

Os semicondutores são tipicamente compostos de um único elemento primário com pequenas quantidades de outros elementos adicionados. Embora essas quantidades vestigiais sejam insuficientes para formar um padrão globalmente repetitivo, seu arranjo local era amplamente desconhecido. Usando uma técnica de microscopia eletrônica chamada 4D-STEM, combinada com filtragem de energia, a equipe de pesquisa observou pela primeira vez claramente os padrões de arranjo atômico em amostras de germânio contendo pequenas quantidades de estanho e silício. O estudo revela que esses átomos não são distribuídos aleatoriamente, mas sim possuem um arranjo preferencial, formando uma estrutura ordenada de curto alcance. Lillian Vogel, autora principal do artigo, afirmou que os resultados iniciais foram caóticos, dificultando a distinção dos sinais, mas após a aplicação da filtragem de energia, o padrão repetitivo emergiu gradualmente.

Para verificar suas descobertas, a equipe de pesquisa utilizou uma rede neural pré-treinada para classificar imagens de difração, identificando seis padrões repetitivos que representam arranjos atômicos específicos no material da amostra. Em seguida, colaboraram com uma equipe da Universidade George Washington, utilizando um modelo de aprendizado de máquina para modelar a estrutura do material em milhões de átomos, simulando com sucesso uma estrutura atômica que correspondia aos dados experimentais. O professor Tianshu Li, da Universidade George Washington, declarou: "A colaboração perfeita entre modelagem e experimento revelou os padrões estruturais da SRO pela primeira vez."

Pesquisas subsequentes na Universidade do Arkansas e nos Laboratórios Nacionais Sandia geraram insights sobre como essas estruturas ordenadas de curto alcance influenciam as propriedades eletrônicas dos semicondutores. Os cientistas esperam que a manipulação dessa estrutura ordenada possibilite novos dispositivos e rotas de processamento. "Ao projetar semicondutores em escala atômica, estamos expandindo os limites de nossas capacidades atuais e abrindo as portas para uma nova era de tecnologia da informação em escala atômica", disse Vogel.