Hay un viejo dicho "Si el caucho es el material que abrió el camino al suelo, el aluminio es el que abrió el camino hacia el cielo ". Siempre se descubrieron nuevos materiales en cada punto de inflexión que cambió la historia de la humanidad. Los materiales utilizados en los dispositivos de memoria también están evolucionando drásticamente con la aparición de nuevos materiales como los materiales de silicio dopado, materiales que cambian la resistencia, y materiales que magnetizan y polarizan espontáneamente. ¿Cómo se fabrican estos nuevos materiales? Un equipo de investigación de POSTECH ha revelado el mecanismo detrás de la fabricación de materiales utilizados en nuevos dispositivos de memoria mediante el uso de inteligencia artificial.

El equipo de investigación dirigido por el profesor Si-Young Choi del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y el equipo dirigido por el profesor Daesu Lee del Departamento de Física de POSTECH han logrado sintetizar juntos una sustancia novedosa que produce electricidad al causar polarización (un fenómeno en que la posición de las cargas negativas y positivas se separa de las cargas negativas y positivas dentro del cristal) a temperatura ambiente y confirmó su variación en la estructura cristalina mediante la aplicación de análisis de redes neuronales profundas. Este artículo fue publicado en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza .

Las estructuras atómicas de los óxidos de perovskita a menudo se distorsionan y sus propiedades están determinadas por la rotación octaédrica del oxígeno (OOR) en consecuencia. De hecho, solo hay unos pocos patrones de OOR estables presentes en el equilibrio y esto limita inevitablemente las propiedades y funciones de los óxidos de perovskita.

El equipo de investigación conjunto se centró en un óxido de perovskita llamado CaTiO ₃ que permanece apolar (o paraeléctrico) incluso a la temperatura absoluta de 0K. Basado en los cálculos ab-initio, sin embargo, el equipo descubrió que un patrón OOR único que no existe naturalmente podría facilitar la ferroelectricidad, una poderosa polarización a temperatura ambiente.

En esta luz, el equipo de investigación logró sintetizar un material novedoso (heteroepitaxial CaTiO ₃ ) que posee la ferroelectricidad aplicando ingeniería de interfaz que controla las estructuras atómicas en la interfaz y, en consecuencia, su propiedad física.

Además, Se aplicó un análisis de redes neuronales profundas para examinar el OOR fino y la variación de unas pocas décadas de picómetro en las estructuras atómicas, y se simularon varias estructuras atómicas y se utilizaron datos para el análisis de IA para identificar patrones OOR controlados artificialmente.

"Hemos confirmado que podemos crear nuevos fenómenos físicos que no ocurren naturalmente al obtener el patrón OOR único mediante el control de la variación en su estructura atómica, ", comentó el profesor Daesu Lee." Es especialmente significativo ver que los resultados de la investigación convergente de la física y la ingeniería de nuevos materiales permiten cálculos para el diseño de materiales, síntesis de materiales novedosos, y análisis para comprender nuevos fenómenos ".

El profesor Choi explicó:"Al aplicar el aprendizaje automático profundo a la investigación de materiales, hemos identificado con éxito variaciones a escala atómica en decenas de picómetros que son difíciles de identificar con el ojo humano ". "Podría ser un enfoque avanzado para el análisis de materiales que puede ayudar a comprender el mecanismo para crear nuevos materiales con fenómenos físicos únicos".