Ученые визуализировали атомные структуры в муаровых материалах с помощью ИИ

Слева — художественное изображение скрученного двойного слоя, образующего муаровый узор; структура каждого слоя показана отдельно справа. Автор: Самнер Харрис/ORNL, Министерство энергетики США.

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США и Университета Теннесси в Ноксвилле разработали инновационный метод визуализации и анализа атомных структур в специально созданных ультратонких двумерных материалах. При точном совмещении под углом эти материалы демонстрируют уникальные свойства, которые могут привести к прорывам в квантовых вычислениях, создании сверхпроводников и сверхэффективной электроники.

Наложение 2D-материалов под небольшим углом создает сложные муаровые узоры, похожие на волнообразные искажения при наложении двух оконных сеток. Эти узоры затрудняют идентификацию отдельных атомов даже с помощью передовых инструментов визуализации, таких как просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ).

Команда разработала нейросеть под названием Gomb-Net (Groupwise Combinatorial Network), которая обучена определять положение и слой атомов-примесей относительно муарового узора. Этот инструмент позволяет «разделять» слои материала, преодолевая ограничения традиционных методов анализа.

«Мы с удивлением обнаружили, что положение атомов в муаровом узоре не влияет на легкость их замещения. Это опровергает предыдущие теоретические модели», — сказал Самнер Харрис, научный сотрудник Центра нанофазных материаловедения ORNL и соавтор исследования.

В эксперименте исследователи добавили селен в скрученный стек из двух монослоев дисульфида вольфрама. Замещение атомов серы селеном позволяет настраивать электронные свойства материала и регулировать ширину запрещенной зоны, что критически важно для полупроводников и таких технологий, как лазеры и светодиоды.

Gomb-Net может работать на обычных персональных компьютерах, что делает передовой анализ муаровых материалов более доступным. Этот метод открывает возможности для исследований всех типов муаровых материалов и может использоваться для автономного изучения материалов непосредственно на электронных микроскопах.

Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.