이는 재료의 특성을 즉석에서 변경할 수 있는 제어 가능한 변형을 이용하여 차세대 칩 및 태양 전지 개발의 새로운 방향을 가능하게 합니다.
나노 스케일의 재료는 주요 변형을 견딜 수 있습니다. 변형 상태라고 하는 상태에서 원자간 거리의 변화로 인해 광학, 열, 전자 및 기타 특성이 현저하게 나타날 수 있습니다.
변형된 재료의 고유 특성은 예를 들어 반도체 실리콘이 전류를 자유롭게 전도하는 재료로 변형되면서 변할 수 있습니다.
또한, 변형 수준을 변경하여 이러한 속성을 필요에 따라 변경할 수 있습니다. 그 개념은 전체 연구 분야인 탄성 변형 공학 또는 ESE를 발생시켰습니다.
예를 들어 이 접근 방식은 반도체 성능을 수정하는 데 사용할 수 있으며, 칩 성능 향상을 위한 다른 옵션을 소진할 때 임박한 무어의 법칙 한계에 대한 잠재적인 해결 방법을 제공합니다.
또 다른 가능한 응용은 태양 전지 개발 분야에 있습니다. 연구 공동 저자인 Skoltech의 Alexander Shapeev는 성능을 최대화하고 외부 환경에 적응하기 위해 수요에 따라 변경할 수 있는 조정 가능한 특성을 가진 태양 전지를 설계할 수 있다고 설명합니다.
이전 연구에서 Skoltech 박사 학위를 취득한 Evgenii Tsymbalov, Alexander Shapeev 부교수 및 동료들은 ESE를 사용하여 나노 규모의 다이아몬드 바늘을 절연성에서 전도성이 높고 금속과 유사한 것으로 전환하여 이 기술의 다양한 가능성에 대한 통찰력을 제공했습니다. technology. 이제 팀은 반도체에 대한 ESE 노력을 안내할 수 있는 컨벌루션 신경망 아키텍처를 도입했습니다.
“우리가 설계한 신경망은 스트레인 텐서를 입력으로 사용하고 변형된 재료의 전자 특성을 설명하는 물리적 '스냅샷'인 전자 밴드 구조를 예측합니다. 그런 다음 밴드갭, 특성 및 전자 유효 질량 텐서를 포함하여 관심 있는 모든 특성을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.”라고 Shapeev가 말했습니다.
이 작업은 선행 연구를 계속하고 확장합니다. Tsymbalov는 "ESE 작업을 위해 컨볼루션 신경망 아키텍처를 기반으로 하는 맞춤형 모델을 설계하고 구현함으로써 이전에 사용된 접근 방식을 뛰어넘습니다."라고 말했습니다. "우리는 또한 모델을 개선하기 위해 물리적 특성과 대칭을 고려합니다."
이 접근 방식은 모델의 정확도와 수렴을 높이기 위해 계산적으로 저렴하지만 정확하지 않은 다양한 데이터 소스와 정확하지만 비싼 데이터 소스를 결합합니다. “또 다른 뚜렷한 기능은 능동적 학습입니다. 우리는 모델이 다음 교육 단계에서 가장 유용할 수 있는 데이터를 추측하고 이를 교육에 사용할 수 있도록 합니다. 마지막 단계에서 네트워크는 매우 정확한 GW 기반 계산의 계산 비용이 많이 드는 데이터 세트에 대해 훈련되며 이 절차를 통해 필요한 계산 양을 줄일 수 있습니다.”라고 Tsymbalov가 덧붙였습니다.
팀은 새로운 신경망이 최첨단 솔루션보다 "결정질 고체의 전자 밴드 구조에 대한 자율적 딥 러닝을 촉진하는 능력 면에서 더 다재다능하고 정확하며 효율적"이라고 말합니다. 이를 통해 변형 공간 내에서 검색 및 최적화를 더 빠르고 정확하게 수행하여 주어진 성능 지수에 대한 최적의 변형 값을 얻을 수 있습니다.
초기 연구에서 연구원들은 다이아몬드에 대한 현장 실험을 반복하는 시나리오에서 모델의 이전 반복을 테스트했습니다. "아아, 현재로서는 임의의 6D 변형 텐서를 사용하여 다이아몬드를 변형할 수 있는 장치가 없지만 실험적 관점에서 이 방향을 추구하는 팀과 실험실이 있습니다."라고 Tsymbalov가 말했습니다.
이 연구는 Skoltech, Massachusetts Institute of Technology, Nanyang Technological University 간의 XNUMX년 간의 협력의 일환으로, Skoltech 과학자들은 계산 및 기계 학습 측면에 중점을 두고 동료들은 작업의 물리적 구성 요소를 담당합니다.
“우리는 현재 허용 가능한 탄성 변형의 경계에 관한 다음 논문을 연구 중입니다. ESE에 대한 안전한 탄성 변형의 이론적 한계가 아직 발견되지 않았기 때문에 이는 중요한 주제입니다.”라고 연구원은 결론지었습니다.