Điều này cho phép một hướng phát triển mới của chip và pin mặt trời thế hệ tiếp theo bằng cách khai thác một biến dạng có thể kiểm soát được có thể thay đổi nhanh chóng các đặc tính của vật liệu.
Vật liệu ở cấp độ nano có thể chịu được biến dạng lớn. Ở trạng thái được gọi là trạng thái căng thẳng, chúng có thể thể hiện các đặc tính quang, nhiệt, điện tử và các đặc tính khác đáng chú ý do sự thay đổi khoảng cách giữa các nguyên tử.
Các đặc tính bên trong của vật liệu bị biến dạng có thể thay đổi, chẳng hạn như silicon bán dẫn biến thành vật liệu dẫn dòng điện tự do.
Hơn nữa, bằng cách thay đổi mức độ biến dạng, người ta có thể thay đổi các đặc tính này theo yêu cầu. Khái niệm đó đã làm nảy sinh toàn bộ lĩnh vực nghiên cứu: kỹ thuật biến dạng đàn hồi, hay ESE.
Ví dụ, cách tiếp cận này có thể được sử dụng để sửa đổi hiệu suất của chất bán dẫn, cung cấp một giải pháp tiềm năng cho giới hạn định luật Moore sắp xảy ra, khi chúng ta sử dụng hết các lựa chọn khác để tăng hiệu suất chip.
Một ứng dụng khả thi khác nằm trong lĩnh vực phát triển pin mặt trời. Như đồng tác giả nghiên cứu Alexander Shapeev từ Skoltech giải thích, người ta có thể thiết kế pin mặt trời với các đặc tính có thể điều chỉnh được và có thể thay đổi theo yêu cầu nhằm tối đa hóa hiệu suất và thích ứng với hoàn cảnh bên ngoài.
Trong công trình trước đây của họ, Evgenii Tsymbalov, tiến sĩ tốt nghiệp Skoltech, Phó giáo sư Alexander Shapeev và các đồng nghiệp của họ đã sử dụng ESE để biến kim kim cương có kích thước nano từ cách điện sang dẫn điện cao và giống kim loại, cung cấp cái nhìn sâu sắc về nhiều khả năng của công nghệ này. công nghệ. Giờ đây, nhóm đã giới thiệu kiến trúc mạng nơ-ron tích chập có thể hướng dẫn các nỗ lực ESE cho chất bán dẫn.
“Mạng lưới thần kinh mà chúng tôi đã thiết kế lấy tenxơ biến dạng làm đầu vào và dự đoán cấu trúc dải điện tử - một 'ảnh chụp nhanh' vật lý mô tả các đặc tính điện tử của vật liệu bị biến dạng. Sau đó, nó có thể được sử dụng để tính toán bất kỳ tính chất quan tâm nào, bao gồm khe năng lượng, các tính chất của nó và tenxơ khối lượng hiệu dụng điện tử,” Shapeev nói.
Công việc này tiếp tục nghiên cứu trước đó và mở rộng về nó. Tsymbalov cho biết: “Chúng tôi vượt xa các phương pháp đã sử dụng trước đây bằng cách thiết kế và triển khai một mô hình phù hợp dựa trên kiến trúc mạng nơ-ron tích chập cho nhiệm vụ ESE”. “Chúng tôi cũng tính đến các đặc tính vật lý và tính đối xứng để cải thiện mô hình.”
Cách tiếp cận này kết hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, ví dụ, nguồn dữ liệu rẻ nhưng không chính xác về mặt tính toán với nguồn dữ liệu chính xác nhưng đắt tiền để tăng độ chính xác và độ hội tụ của mô hình. “Một tính năng khác biệt khác là học tập tích cực – chúng tôi cho phép mô hình đoán dữ liệu nào có thể hữu ích nhất để thu được trong giai đoạn đào tạo tiếp theo và sử dụng dữ liệu đó để đào tạo. Ở giai đoạn cuối, mạng được huấn luyện trên một tập hợp dữ liệu tốn kém về mặt tính toán từ các phép tính dựa trên GW rất chính xác và quy trình này cho phép chúng tôi giảm số lượng tính toán cần thiết”, Tsymbalov nói thêm.
Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng mạng lưới thần kinh mới của họ “linh hoạt hơn, chính xác hơn và hiệu quả hơn trong khả năng hỗ trợ việc học sâu tự chủ về cấu trúc dải điện tử của chất rắn tinh thể” so với các giải pháp tiên tiến. Điều này làm cho việc tìm kiếm và tối ưu hóa trong không gian biến dạng nhanh hơn và chính xác hơn, dẫn đến các giá trị biến dạng tối ưu cho các số liệu có giá trị nhất định.
Trong nghiên cứu trước đây của họ, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm lần lặp lại trước đó của mô hình trong kịch bản lặp lại thí nghiệm tại chỗ trên kim cương. Tsymbalov nhận xét: “Than ôi, hiện tại không có thiết bị nào có thể làm biến dạng viên kim cương bằng tenxơ biến dạng 6D tùy ý, tuy nhiên vẫn có các đội và phòng thí nghiệm theo đuổi hướng này từ quan điểm thực nghiệm”.
Nghiên cứu này là một phần trong sự hợp tác kéo dài một năm giữa Skoltech, Viện Công nghệ Massachusetts và Đại học Công nghệ Nanyang, trong đó các nhà khoa học Skoltech tập trung vào khía cạnh tính toán và học máy cũng như các đồng nghiệp của họ phụ trách thành phần vật lý của công việc.
“Chúng tôi hiện đang nghiên cứu bài báo tiếp theo, tập trung vào ranh giới của biến dạng đàn hồi cho phép. Đây là một chủ đề quan trọng vì các giới hạn lý thuyết về biến dạng đàn hồi an toàn đối với ESE vẫn chưa được khám phá”, nhà nghiên cứu kết luận.