Bu, bir malzemenin özelliklerini anında değiştirebilecek kontrol edilebilir bir deformasyondan yararlanarak yeni nesil çiplerin ve güneş pillerinin geliştirilmesinde yeni bir yön sağlar.
Nano ölçekteki malzemeler büyük deformasyona dayanabilir. Gerilme durumu olarak adlandırılan durumda, atomlar arası mesafelerdeki değişiklik nedeniyle olağanüstü optik, termal, elektronik ve diğer özellikler sergileyebilirler.
Gerilmiş bir malzemenin kendine özgü özellikleri, örneğin yarı iletken silikonun elektrik akımını serbestçe ileten bir malzemeye dönüşmesiyle değişebilir.
Üstelik gerinim seviyesi değiştirilerek bu özellikler isteğe bağlı olarak değiştirilebilir. Bu kavram bütün bir araştırma alanının ortaya çıkmasına neden oldu: elastik gerinim mühendisliği veya ESE.
Bu yaklaşım, örneğin, çip performansını artırmak için diğer seçeneklerimizi tükettiğimizde, yaklaşmakta olan Moore yasası limiti için potansiyel bir geçici çözüm sunarak yarı iletkenlerin performansını değiştirmek için kullanılabilir.
Başka bir olası uygulama güneş pili geliştirme alanında yatmaktadır. Skoltech'ten çalışmanın ortak yazarı Alexander Shapeev'in açıkladığı gibi, performansı en üst düzeye çıkarmak ve dış koşullara uyum sağlamak için talep üzerine değiştirilebilen, ayarlanabilir özelliklere sahip bir güneş pili tasarlanabilir.
Önceki çalışmalarında, Skoltech Doktora mezunu Evgenii Tsymbalov, Doçent Alexander Shapeev ve meslektaşları ESE'yi nano ölçekli elmas iğneleri yalıtkan durumdan yüksek iletkenliğe ve metal benzerine dönüştürmek için kullandılar ve bu teknolojinin çeşitli olasılıklarına dair bir fikir sağladılar. teknoloji. Ekip artık ESE'nin yarı iletkenlere yönelik çabalarına rehberlik edebilecek evrişimli bir sinir ağı mimarisini tanıttı.
"Tasarladığımız sinir ağı, gerinim tensörünü girdi olarak alıyor ve gergin bir malzemenin elektronik özelliklerini tanımlayan fiziksel bir 'anlık görüntü' olan elektronik bant yapısını tahmin ediyor. Shapeev, daha sonra bant aralığı, özellikleri ve elektron etkin kütle tensörü de dahil olmak üzere ilgi duyulan herhangi bir özelliği hesaplamak için kullanılabileceğini söyledi.
Bu çalışma önceki araştırmayı sürdürüyor ve genişletiyor. Tsymbalov, "ESE görevi için evrişimli sinir ağı mimarisine dayalı özel bir model tasarlayıp uygulayarak daha önce kullanılan yaklaşımların ötesine geçiyoruz" dedi. "Modeli geliştirmek için fiziksel özellikleri ve simetrileri de hesaba katıyoruz."
Yaklaşım, modelin doğruluğunu ve yakınsamasını artırmak için çeşitli veri kaynaklarını (örneğin, hesaplama açısından ucuz ancak hatalı olanlarla kesin ancak pahalı olanlarla) birleştirir. "Diğer bir belirgin özellik de aktif öğrenmedir; modelin bir sonraki eğitim aşamasında hangi verilerin elde edilmesinin en yararlı olabileceğini tahmin etmesine ve bunu eğitim için kullanmasına izin veriyoruz. Son aşamada ağ, son derece doğru GW tabanlı hesaplamalardan elde edilen, hesaplama açısından pahalı bir dizi veri üzerinde eğitiliyor ve bu prosedür, ihtiyaç duyulan hesaplama miktarını azaltmamıza olanak tanıyor" diye ekledi Tsymbalov.
Ekip, yeni sinir ağının "kristalin katıların elektronik bant yapısının özerk derin öğrenmesini kolaylaştırma kapasitesi açısından son teknoloji çözümlerden daha çok yönlü, doğru ve verimli" olduğunu belirtiyor. Bu, gerinim uzayı içindeki arama ve optimizasyonu daha hızlı ve daha doğru hale getirir, bu da verilen değer rakamları için en uygun gerinim değerlerine yol açar.
Daha önceki çalışmalarında araştırmacılar, elmas üzerinde tekrarlanan bir yerinde deney senaryosunda modelin önceki bir yinelemesini test ettiler. Tsymbalov, "Ne yazık ki şimdilik elması keyfi bir 6D deformasyon tensörüyle deforme edebilecek bir cihaz yok, ancak deneysel bakış açısıyla bu yönde ilerlemeye çalışan ekipler ve laboratuvarlar var" yorumunu yaptı.
Bu çalışma, Skoltech, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve Nanyang Teknoloji Üniversitesi arasında, hesaplama ve makine öğrenimi yönüne odaklanan Skoltech bilim adamlarının ve işin fiziksel bileşeninden sorumlu meslektaşlarının yer aldığı bir yıllık işbirliğinin bir parçasıdır.
"Şu anda kabul edilebilir elastik şekil değiştirmelerin sınırlarını konu alan bir sonraki makalemiz üzerinde çalışıyoruz. ESE için güvenli elastik deformasyonun teorik sınırları henüz keşfedilmediği için bu önemli bir konudur." diye tamamladı araştırmacı.