硅是现代最普遍的功能材料之一，支撑着从微电子到太阳能电池的半导体技术。事实上，硅晶体管使从手机到超级计算机的计算应用成为可能，而硅光伏发电是迄今为止部署最广泛的太阳能电池技术。能源部(DOE)报告称，2022年近50%的新增发电量来自太阳能电池，而根据国际能源署(IEA)的数据，硅拥有95%的市场份额。然而，尽管硅对我们现代生活方式的重要性无可争议，但有关其基本物理特性的许多悬而未决的问题仍然存在。
在半导体器件中，材料的功能来自亚原子粒子的运动和相互作用，例如电子(带负电荷)和空穴(来自其他占据状态的电子的缺失，其本身的行为类似于带正电的粒子)，它们被称为载流子，因为它们通过材料“携带”电荷。例如，在太阳能电池中，材料吸收入射光，吸收的能量转化为电子和空穴对。这些激发的电子和空穴然后移动到太阳能电池的两端并产生电力。不幸的是，电子和空穴也可能以不良方式相互作用，将其能量转化为热量并限制设备的效率。当载流子通过与材料中的缺陷相互作用而重组并将其能量转化为热量时，就会发生一种这样的损失机制。在许多情况下，可以通过提高材料的质量来减少这种缺陷介导的重组。然而，其他相互作用是材料固有的，即使在完全纯净的样品中也无法消除。俄歇-迈特纳重组 (AMR)，历史上也称为俄歇重组，就是这样一种相互作用。它以两位核科学先驱 Lise Meitner 和 Pierre Auger 的名字命名，他们独立发现了原子中的这种效应。新的 它们是材料固有的，即使在完全纯净的样品中也无法消除。俄歇-迈特纳重组 (AMR)，历史上也称为俄歇重组，就是这样一种相互作用。它以两位核科学先驱 Lise Meitner 和 Pierre Auger 的名字命名，他们独立发现了原子中的这种效应。新的 它们是材料固有的，即使在完全纯净的样品中也无法消除。俄歇-迈特纳重组 (AMR)，历史上也称为俄歇重组，就是这样一种相互作用。它以两位核科学先驱 Lise Meitner 和 Pierre Auger 的名字命名，他们独立发现了原子中的这种效应。新的奥格-迈特纳效应的命名惯例是为了表彰奥地利女物理学家丽丝·迈特纳 (Lise Meitner) 的贡献，她是梅特纳元素 (Meitnerium) 的同名者，她比皮埃尔·奥格早一年独立发现了这一过程。在半导体的 AMR 过程中，一个电子和一个空穴复合，将它们的能量转移到第三个载流子。然后，高能载流子会热化或从设备中泄漏，产生热量并降低能量转换效率或减少可用载流子的数量。不幸的是，尽管进行了数十年的研究，迄今为止，研究人员仍无法了解硅中 AMR 的具体原子机制。
材料科学与工程系的 Kyle Bushick 博士和 Emmanouil Kioupakis 教授采用新的计算方法，根据第一原理准确计算 AMR 率(即仅使用宇宙的物理常数和硅的原子序数作为输入)密歇根大学的研究人员首次全面表征了硅中这一重要的复合过程。这种计算方法是充分了解 AMR 机制的关键，因为它是一个不发光的过程，因此很难在实验室中进行研究。借助劳伦斯伯克利国家实验室国家能源研究科学计算中心(NERSC)的超级计算资源，Bushick和Kioupakis能够进行硅中AMR的计算，
硅中的 AMR 工艺尚未被完全理解的原因之一是它包含多种排列。一方面，受激发的(第三)载流子可以是电子，也可以是空穴，从而产生电子-电子-空穴 ( eeh ) 和空穴-空穴-电子 ( hhe)分别处理。此外，AMR 可以是直接的(只有三个载流子参与)，也可以是声子辅助的(其中一个载流子与振动原子(声子)相互作用以传递额外的动量)。虽然实验可以表征综合总 AMR 率，但解析出这些不同组件的不同贡献可能要困难得多。然而，通过使用预测原子计算，可以直接计算和表征每个单独的组件。尽管过去的工作已经使用此类计算研究了直接过程，但很明显，直接过程本身并不能捕获完整的实验图像。通过克服在同一理论水平上计算直接过程和声子辅助过程所增加的复杂性，关于硅 AMR 的许多悬而未决的问题都可以得到解决。此外，对流程的详细了解为寻找解决方案以减少 AMR 对设备效率的影响打开了大门。
Bushick 和 Kioupakis在发表在《物理评论快报》上的报告中明确阐明了硅中声子辅助 AMR 过程的重要性。“我们发现电子-声子相互作用不仅解释了整个hhe过程(这是在之前的工作中假设但从未得到最终证明)，而且还解释了eeh的很大一部分。最近毕业的材料科学与工程博士生、能源部计算科学研究生 Bushick 说：“这一发现一直是文献中尚未解决的争论主题。” 此外，他们还强调了通过对材料施加应变来改变硅中 AMR 的潜在途径，这一结论是通过他们新实施的方法得出的。
这项工作为世界上最重要的半导体的重要固有损耗机制提供了迄今为止难以理解的基本理解。这种理解几十年来一直困扰着科学家，但它可以通过减少不良 AMR 过程的发生来帮助设计出性能更高的更好设备。密歇根大学材料科学与工程副教授、Karl F. 和 Patricia J. Betz 家族学者 Emmanouil Kioupakis 指出：“最终，这项工作为理解和减轻晶体管或太阳能等硅器件的损耗铺平了道路。细胞。考虑到这些行业的规模，即使是很小的改进也可以带来巨大的效益。”