나노 구조를 구축하는 자율 AI 도우미
재료의 화학적 조성만으로는 그 속성에 대해 거의 알 수 없는 경우가 있습니다. 결정적인 요소는 종종 원자 격자 구조나 재료 표면의 분자 배열입니다. 재료 과학은 이 요소를 활용하여 고성능 현미경을 사용하여 개별 원자와 분자를 표면에 적용하여 특정 속성을 만듭니다. 이는 여전히 매우 시간이 많이 걸리고 구성된 나노 구조는 비교적 간단합니다.
TU Graz의 새로운 연구 그룹은 인공 지능을 사용하여 나노 구조의 구축을 새로운 수준으로 끌어올리고자 합니다. "우리는 개별 분자를 빠르고, 구체적으로, 올바른 방향으로 배치하는 자체 학습 AI 시스템을 개발하고 싶습니다. 그리고 이 모든 것이 완전히 자율적입니다." 연구 그룹을 이끄는 고체 물리학 연구소의 Oliver Hofmann이 말했습니다. 이를 통해 나노미터 범위의 논리 회로를 포함하여 매우 복잡한 분자 구조를 구축할 수 있습니다. "인공 지능을 통한 분자 배열" 연구 그룹은 오스트리아 과학 기금에서 총 119만 유로의 자금을 지원받고 있습니다.
주사터널링 현미경을 이용한 위치 결정
재료 표면에서 개별 분자의 위치는 주사 터널링 현미경을 사용하여 수행됩니다. 프로브의 끝은 전기적 임펄스를 방출하여 운반하는 분자를 증착합니다. Oliver Hofmann은 "사람이 간단한 분자의 경우 이 단계를 완료하는 데 몇 분이 걸립니다."라고 말합니다. "하지만 잠재적으로 흥미로운 효과가 있는 복잡한 구조를 구축하려면 수천 개의 복잡한 분자를 개별적으로 배치한 다음 결과를 테스트해야 합니다. 물론 이는 비교적 오랜 시간이 걸립니다."
그러나 주사 터널링 현미경도 컴퓨터로 제어할 수 있습니다. Oliver Hofmann의 팀은 이제 다양한 머신 러닝 방법을 사용하여 이러한 컴퓨터 시스템이 분자를 독립적으로 올바른 위치에 배치하도록 하려고 합니다. 먼저 AI 방법을 사용하여 구조를 구축하는 가장 효율적이고 신뢰할 수 있는 접근 방식을 설명하는 최적의 계획을 계산합니다. 그런 다음 자체 학습 AI 알고리즘이 프로브 팁을 제어하여 계획에 따라 분자를 정확하게 배치합니다. Hofmann은 "복잡한 분자를 가장 높은 정밀도로 배치하는 것은 어려운 과정입니다. 최상의 제어에도 불구하고 정렬은 항상 어느 정도의 우연에 따라 달라지기 때문입니다."라고 설명합니다. 연구자들은 이 조건부 확률 요소를 AI 시스템에 통합하여 여전히 안정적으로 작동하도록 할 것입니다.
게이트 모양의 나노구조
연구원들은 24시간 내내 작동할 수 있는 AI 제어 주사 터널링 현미경을 사용하여 궁극적으로 소위 양자 목장을 만들고자 합니다. 이것은 게이트 모양의 나노 구조로, 전자를 증착된 재료에서 가두는 데 사용할 수 있습니다. 전자의 파동과 같은 특성은 실용적인 응용 프로그램에 활용할 수 있는 양자 역학적 간섭으로 이어집니다. 지금까지 양자 목장은 주로 단일 원자로 만들어졌습니다. Oliver Hofmann의 팀은 이제 복잡한 모양의 분자에서 양자 목장을 생산하고자 합니다. "저희의 가설은 이를 통해 훨씬 더 다양한 양자 목장을 만들고 그 효과를 구체적으로 확장할 수 있다는 것입니다." 연구원들은 이러한 보다 복잡한 양자 목장을 사용하여 논리 회로를 구축하여 분자 수준에서 작동하는 방식을 근본적으로 연구하고자 합니다. 이론적으로 이러한 양자 목장은 언젠가 컴퓨터 칩을 만드는 데 사용될 수 있습니다.
두 대학의 전문성
연구 그룹은 5년 프로그램을 위해 인공지능, 수학, 물리학, 화학 분야의 전문 지식을 모으고 있습니다. 정보 보안 연구소의 Bettina Könighofer는 머신 러닝 모델 개발을 담당하고 있습니다. 그녀의 팀은 자체 학습 시스템이 실수로 구축한 나노 구조를 파괴하지 않도록 해야 합니다. 응용 수학 연구소의 Jussi Behrndt는 이론적 근거에 따라 개발할 구조의 기본 속성을 결정하고, 이론 물리학 연구소의 Markus Aichhorn은 이러한 예측을 실제 응용 프로그램으로 변환합니다. 그라츠 대학교 화학 연구소의 Leonhard Grill은 주로 주사 터널링 현미경의 실제 실험을 담당합니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250116134107.htm
댓글 없음
아름다운 덧글로 인터넷문화를 선도해 주세요