Kvanttilaskenta, puolijohteet voisivat hyötyä uudesta "dopingista" NCSU-tutkimuksesta
Julkaisupäivä:North Carolina State Universityn tutkijat käyttivät laskennallista analyysiä ennustaakseen, kuinka puolijohdemateriaalin sinkkiselenidin (ZnSe) optiset ominaisuudet muuttuvat, kun se on seostettu halogeenielementeillä, ja havaitsivat, että ennusteet vahvistivat kokeelliset tulokset. Heidän menetelmänsä voisi nopeuttaa kvanttisovelluksissa hyödyllisten materiaalien tunnistamis- ja luomisprosessia.
Haluttujen ominaisuuksien omaavien puolijohteiden luominen tarkoittaa pistevikojen hyödyntämistä – materiaalin sisältämiä kohtia, joista saattaa puuttua atomi tai joissa on epäpuhtauksia. Käsittelemällä näitä kohtia materiaalissa, usein lisäämällä eri elementtejä (prosessi, jota kutsutaan "dopingiksi"), suunnittelijat voivat saada aikaan erilaisia ominaisuuksia.
"Viat ovat väistämättömiä, jopa "puhtaissa" materiaaleissa", sanoo Doug Irving, yliopiston tiedekunnan tutkija ja materiaalitieteen ja tekniikan professori NC Statesta. ”Haluamme olla rajapinnassa näiden tilojen kanssa dopingin avulla muuttaaksemme tiettyjä materiaalin ominaisuuksia. Mutta dopingissa käytettävien elementtien selvittäminen on aikaa ja työvoimaa. Jos voisimme käyttää tietokonemallia näiden tulosten ennustamiseen, materiaaliinsinöörit voisivat keskittyä elementteihin, joissa on parhaat mahdollisuudet."
Periaatteen todistetutkimuksessa Irving ja hänen tiiminsä käyttivät laskennallista analyysiä ennustaakseen halogeenielementtien, kloorin ja fluorin, käytön ZnSe-lisäaineina. He valitsivat nämä alkuaineet, koska halogeeniseostettua ZnSe:tä on tutkittu laajasti, mutta taustalla olevia vikakemiaa ei ole vakiinnutettu.
Malli analysoi kaikki mahdolliset kloorin ja fluorin yhdistelmät vikakohdissa ja ennusti oikein tulokset, kuten elektroniset ja optiset ominaisuudet, ionisaatioenergia ja valon emissio seostetusta ZnSe:stä.
"Tarkastelemalla tunnetun materiaalin vikojen elektronisia ja optisia ominaisuuksia pystyimme osoittamaan, että tätä lähestymistapaa voidaan käyttää ennustavalla tavalla", Irving sanoo. "Joten voimme käyttää sitä etsimään vikoja ja vuorovaikutuksia, jotka voivat olla mielenkiintoisia."
ZnSe:n kaltaisen optisen materiaalin tapauksessa materiaalin absorboimis- tai valonsäteilytavan muuttaminen voisi antaa tutkijoille mahdollisuuden käyttää sitä kvanttisovelluksissa, jotka voisivat toimia korkeammissa lämpötiloissa, koska tietyt viat eivät olisi yhtä herkkiä kohonneille lämpötiloille.
"Sen lisäksi, että ZnSe:n kaltaisen puolijohteen tarkastelun mahdollista käyttöä kvanttisovelluksissa, tämän työn laajemmat vaikutukset ovat jännittävimmät osat", Irving sanoo. "Tämä on perustavanlaatuinen osa, joka vie meidät kohti suurempia tavoitteita: ennakoivan teknologian käyttäminen vikojen tunnistamiseen tehokkaasti ja näiden materiaalien perusymmärrys, joka syntyy tämän tekniikan käytöstä."
Tutkimus ilmestyy Journal of Physical Chemistry Letters, ja sitä tuettiin apurahalla FA9550-21-1-0383 Air Force Office of Scientific Research -ohjelmasta äärimmäisiä ominaisuuksia omaavista materiaaleista. Tutkijatohtorin tutkija ja ensimmäinen kirjailija Yifeng Wu ja jatko-opiskelija Kelsey Mirrielees, molemmat NC Statesta, osallistuivat myös työhön.
Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire