La computación cuántica y los semiconductores podrían beneficiarse de una nueva investigación del NCSU sobre "dopaje"
Fecha de publicación:Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte utilizaron análisis computacional para predecir cómo cambian las propiedades ópticas del material semiconductor seleniuro de zinc (ZnSe) cuando se dopa con elementos halógenos, y descubrieron que las predicciones fueron confirmadas por resultados experimentales. Su método podría acelerar el proceso de identificación y creación de materiales útiles en aplicaciones cuánticas.
Crear semiconductores con propiedades deseables significa aprovechar los defectos puntuales: sitios dentro de un material donde puede faltar un átomo o donde hay impurezas. Al manipular estos sitios en el material, a menudo agregando diferentes elementos (un proceso conocido como "dopaje"), los diseñadores pueden obtener diferentes propiedades.
"Los defectos son inevitables, incluso en materiales 'puros'", dice Doug Irving, académico universitario y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en NC State. “Queremos interactuar con esos espacios mediante el dopaje para cambiar ciertas propiedades de un material. Pero determinar qué elementos utilizar en el dopaje requiere mucho tiempo y trabajo. Si pudiéramos utilizar un modelo informático para predecir estos resultados, permitiríamos a los ingenieros de materiales centrarse en los elementos con mayor potencial”.
En un estudio de prueba de principio, Irving y su equipo utilizaron análisis computacional para predecir el resultado del uso de elementos halógenos cloro y flúor como dopantes de ZnSe. Eligieron estos elementos porque el ZnSe dopado con halógeno se ha estudiado ampliamente, pero la química de los defectos subyacentes no está bien establecida.
El modelo analizó todas las combinaciones posibles de cloro y flúor en los sitios defectuosos y predijo correctamente resultados como las propiedades electrónicas y ópticas, la energía de ionización y la emisión de luz del ZnSe dopado.
"Al observar las propiedades electrónicas y ópticas de los defectos en un material conocido, pudimos establecer que este enfoque se puede utilizar de forma predictiva", dice Irving. "Así que podemos usarlo para buscar defectos e interacciones que puedan ser interesantes".
En el caso de un material óptico como el ZnSe, cambiar la forma en que el material absorbe o emite luz podría permitir a los investigadores usarlo en aplicaciones cuánticas que podrían operar a temperaturas más altas, ya que ciertos defectos no serían tan sensibles a las temperaturas elevadas.
"Más allá de revisar un semiconductor como el ZnSe para su uso potencial en aplicaciones cuánticas, las implicaciones más amplias de este trabajo son las partes más interesantes", afirma Irving. "Esta es una pieza fundamental que nos lleva hacia objetivos más amplios: utilizar tecnología predictiva para identificar defectos de manera eficiente y la comprensión fundamental de estos materiales que resulta del uso de esta tecnología".
La investigación aparece en el Revista de letras de química física, y recibió el apoyo de la subvención FA9550-21-1-0383 del programa de Investigación Científica de la Oficina de la Fuerza Aérea sobre Materiales con Propiedades Extremas. El investigador postdoctoral y primer autor Yifeng Wu, y la estudiante de posgrado Kelsey Mirrielees, ambos de NC State, también contribuyeron al trabajo.
Fuente del artículo original: WRAL TechWire