由劳伦斯伯克利国家实验室与乔治华盛顿大学共同领导的研究团队，在《科学》杂志发表新研究，证实半导体中的原子会以独特局部模式排列，即短程有序(SRO)，这一发现将改变材料的电子行为。

半导体通常由一种主要元素构成，并添加少量其他元素。这些微量添加剂虽不足以形成全局重复图案，但其局部排列方式一直未明。研究团队通过一种名为4D-STEM的电子显微镜技术，结合能量过滤装置，首次清晰观察到了含有少量锡和硅的锗样本中的原子排列模式。研究显示，这些原子并非随机分布，而是具有优先排序特性，形成了短程有序结构。论文第一作者莉莲·沃格尔表示，最初结果混乱，难以区分信号，但安装能量过滤装置后，重复模式逐渐显现。

为验证发现，研究团队使用预先训练的神经网络对衍射图像进行分类，识别出六个代表样品材料中特定原子排列的重复图案。随后，他们与乔治华盛顿大学的合作团队利用机器学习模型，对材料结构中的数百万个原子进行建模，成功模拟出与实验数据相匹配的原子结构。乔治华盛顿大学教授李天舒称：“建模和实验无缝协作，首次揭示了SRO结构模式。”

阿肯色大学和桑迪亚国家实验室的后续研究，已对这些短程有序结构如何影响半导体电子特性产生深刻见解。科学家们希望，通过操纵这种有序结构，能实现新型设备和处理路线。沃格尔表示：“通过在原子尺度上设计半导体，我们将突破当前能力界限，打开原子尺度信息技术新时代的大门。”

更多信息： Lilian M. Vogl 等人，《半导体短程有序基序的识别》，《科学》(2025)。期刊信息： 科学