Как ИИ раскрывает тайны дендритного роста в тонких пленках?

Тонкопленочные устройства, состоящие из слоев материалов толщиной всего в несколько нанометров, играют ключевую роль в современных полупроводниках и коммуникационных технологиях. Особенно перспективными для высокоскоростной связи следующего поколения считаются многослойные тонкие пленки графена и гексагонального нитрида бора (h-BN) на медных подложках. Процесс выращивания таких пленок, включающий осаждение микроскопических слоев материалов на подложку, критически зависит от условий роста, которые напрямую влияют на микроструктуру и эксплуатационные характеристики.
Как ИИ раскрывает тайны дендритного роста в тонких пленках?
Изображение носит иллюстративный характер

Одной из главных проблем при крупномасштабном производстве тонких пленок является формирование дендритных структур — древовидных разветвляющихся образований. Эти структуры часто наблюдаются в меди, графене и борофене, особенно на ранних стадиях роста. Уменьшение дендритного формирования имеет решающее значение для эффективности устройств, однако традиционные методы изучения этого явления основывались на грубом визуальном анализе и субъективной интерпретации, а понимание условий, вызывающих дендритное ветвление, требовало значительных проб и ошибок.

Исследовательская группа под руководством профессора Масато Коцуги из Токийского университета науки (TUS) в Японии разработала принципиально новый подход к анализу дендритных структур. В команду также вошли Мисато Тонэ (TUS) и Иппэй Обаяси (Университет Окаямы). Результаты их работы были опубликованы в журнале Science and Technology of Advanced Materials: Methods.

Ученые создали объяснимую модель искусственного интеллекта для анализа дендритных структур, интегрировав персистентную гомологию (PH) и машинное обучение с энергетическим анализом. Персистентная гомология позволяет проводить многомасштабный анализ отверстий и соединений в геометрических структурах. Исследователи объединили PH с анализом главных компонент (PCA) для сокращения данных до двух измерений и установили связь между структурными изменениями и свободной энергией Гиббса.

«Наш подход позволяет количественно связать морфологию дендритов с изменениями свободной энергии Гиббса, что открывает новые возможности для контроля процесса роста тонких пленок», — отмечают авторы исследования.

Полученные результаты количественно отображают морфологию дендритов на вариации свободной энергии Гиббса и раскрывают энергетические градиенты, управляющие поведением ветвления. Для проверки своего подхода ученые изучили рост дендритов на гексагональной медной подложке и сравнили результаты с фазово-полевыми симуляциями.

Разработанная методология может привести к созданию высококачественных тонкопленочных устройств для коммуникационных технологий, выходящих за рамки 5G. Кроме того, предложенная структура может способствовать прорывам в технологии датчиков, неравновесной физике и разработке высокоэффективных материалов.

Применение искусственного интеллекта для анализа микроструктурных особенностей тонких пленок представляет собой значительный шаг вперед в материаловедении, позволяя перейти от субъективных оценок к точным количественным моделям. Это открывает путь к более эффективному проектированию материалов с заданными свойствами и оптимизации процессов их производства.


Новое на сайте

20065[b]СПКЯ стало СПМЯ: почему переименование болезни, затрагивающей миллионы женщин, заняло... 20064[b]Почему великая пирамида Гизы пережила все землетрясения за 4500 лет[/b] 20063[b]Генетика Homo erectus: что зубная эмаль рассказала о наших предках[/b] 20062[b]Кости в бухте эребус: что кости моряков Франклина рассказывают спустя полтора века[/b] 20061[b]Крупнейший плавучий ветрогенератор в мире: Китай испытывает установку у берегов... 20060[b]Карие глаза младенца стали индиго после лечения от COVID-19[/b] 20058[b]Почему серебряная чаша с Афиной пролежала в немецком лесу две тысячи лет?[/b] 20057[b]Дыра в атмосфере солнца: вспышка достигла пика и может зажечь полярное сияние[/b] 20056[b]Динго возрастом 950 лет: кто и зачем кормил могилу животного сотни лет?[/b] 20055[b]Томоэ гозэн: женщина-самурай, которая существовала на самом деле[/b] 20054[b]Что видели астронавты «Аполлона-12» над лунным горизонтом?[/b] 20053[b]Восковой блокнот на латыни и шёлковая туалетная бумага: кто посещал средневековый... 20052[b]Хантавирус на борту: 41 человек под наблюдением после рейса MV Hondius[/b]
Ссылка