_ Producerea de materiale cuantice cu precizie, cu ajutorul AI

O echipă de cercetători NUS condusă de profesorul asociat Lu Jiong de la Departamentul de Chimie și Institutul pentru Materiale Funcționale Inteligente, împreună cu colaboratorii lor internaționali, au dezvoltat un nou concept de Sondă robotică atomică intuită de chimist (CARP).

Această inovație, care utilizează inteligența artificială (AI) pentru a imita procesul decizional al chimiștilor, permite fabricarea de materiale cuantice cu o inteligență și o precizie de neegalat pentru viitor. aplicații de tehnologie cuantică, cum ar fi stocarea datelor și calculul cuantic.

Nanografenul magnetic cu carcasă deschisă este un tip de material cuantic pe bază de carbon care posedă proprietăți electronice și magnetice cheie care sunt importante pentru dezvoltarea dispozitivelor electronice extrem de rapide la nivel molecular, sau crearea de biți cuantici, blocurile de construcție ale computerelor cuantice. Procesele folosite pentru a dezvolta astfel de materiale au progresat de-a lungul anilor, datorită descoperirii unui nou tip de reacție chimică în fază solidă, cunoscută sub numele de sinteză la suprafață.

Cu toate acestea, rămâne o provocare să se fabrice și să se adapteze cu precizie proprietățile materialelor cuantice la nivel atomic, deoarece acest lucru necesită un nivel mai ridicat de selectivitate, eficiență și precizie pe care abordarea sintezei la suprafață nu este în măsură să le ofere. Acest lucru limitează aplicabilitatea nanografenului magnetic cu carcasă deschisă pentru tehnologia viitoare.

Profesorul conf. Lu explică: „Scopul nostru principal este să lucrăm la nivel atomic pentru a crea, studia și controla aceste materiale cuantice. Suntem străduindu-se să revoluționeze producția acestor materiale pe suprafețe pentru a permite mai mult control asupra rezultatelor lor, până la nivelul atomilor și legăturilor individuale.”

Studiul a fost realizat în colaborare cu profesorul asociat Zhang Chun de la Departamentul de Fizică NUS și profesor asociat Wang Xiaonan de la Universitatea Tsinghua.

Descoperirea cercetării a fost publicată în Nature Synthesis la 29 februarie 2024.

Dezvoltarea unui nou concept pentru nanotehnologie

Combinând tehnicile de microscop cu sonde de scanare cu învățarea profundă, echipa de cercetare a permis microscopului să realizeze fabricarea precisă a unui material cuantic pe bază de carbon numit nanografene magnetice. Această abordare inovatoare permite, de asemenea, acestui microscop „inteligent” să extragă informații chimice detaliate, ajutând la înțelegerea mecanismelor necunoscute anterior.

Un aspect semnificativ al acestui nou concept este capacitatea sa de a valorifica expertiza și intuiția chimiștilor de suprafață umană. printr-un cadru neuronal profund în cadrul CARP. Acest cadru permite microscopului să fabrice materiale cuantice specifice în timp ce funcționează în timp real. Pentru a realiza acest lucru, echipa de cercetare a dezvoltat diferite straturi de rețele neuronale convoluționale, un tip de model de învățare profundă utilizat pentru recunoașterea și procesarea imaginilor.

Echipa de cercetare a testat apoi cadrul CARP, antrenându-l folosind cunoștințele experților. de ciclodehidrogenare selectivă la situs. Descoperită de Dr. Su, ciclodehidrogenarea selectivă este o metodă complexă, dar esențială de sinteză a nanografenelor.

Cadrul CARP prezintă o performanță satisfăcătoare în operațiuni offline și în timp real și reușește să declanșeze reacții ale moleculelor la o scară mai mică de 0,1 nanometri. Aceasta este prima dată când se raportează că o reacție chimică a sondei este asistată de IA.

Echipa de cercetare nu numai că se așteaptă ca cadrul CARP să efectueze operațiuni autonome la scară atomică, dar își propune să maximizeze capacitatea AI de a să înțeleagă informațiile profunde ascunse în baza de date. Pentru a realiza acest lucru, echipa a stabilit o paradigmă de învățare pentru a examina rezultatele învățării cadrului folosind o abordare bazată pe teoria jocurilor.

Rezultatele analizei indică faptul că CARP a capturat în mod eficient unele caracteristici care ar putea fi esențiale pentru sinteza cu succes a nanografenului prin ciclodehidrogenare, ceea ce poate fi o provocare pentru operatorii umani de observat. CARP a arătat, de asemenea, potențialul de a gestiona reacții chimice cu sonde versatile atunci când a fost testat cu reacții cu o singură moleculă necunoscute.

„Obiectivul nostru în viitorul apropiat este să extindem cadrul CARP și mai mult pentru a adopta reacții chimice versatile la suprafață. cu scară și eficiență.Acest lucru are potențialul de a transforma procesul convențional de sinteză pe suprafață, bazat în laborator, în fabricarea pe cip pentru aplicații practice. O astfel de transformare ar putea juca un rol esențial în accelerarea cercetării fundamentale a materiilor cuantice și ar putea deschide o nouă eră. de fabricație atomică inteligentă”, a adăugat prof. conf. Lu.

(Fluierul)