L'informatique quantique et les semi-conducteurs pourraient bénéficier d'une nouvelle recherche sur le « dopage » du NCSU
Date publiée:Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont utilisé l'analyse informatique pour prédire comment les propriétés optiques du matériau semi-conducteur séléniure de zinc (ZnSe) changent lorsqu'il est dopé avec des éléments halogènes, et ont découvert que ces prédictions étaient confirmées par des résultats expérimentaux. Leur méthode pourrait accélérer le processus d’identification et de création de matériaux utiles dans les applications quantiques.
Créer des semi-conducteurs dotés de propriétés souhaitables signifie tirer parti des défauts ponctuels – des sites dans un matériau où un atome peut manquer ou où se trouvent des impuretés. En manipulant ces sites dans le matériau, souvent en ajoutant différents éléments (un processus appelé « dopage »), les concepteurs peuvent obtenir différentes propriétés.
« Les défauts sont inévitables, même dans les matériaux « purs », déclare Doug Irving, professeur universitaire et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à NC State. « Nous voulons nous connecter à ces espaces via le dopage pour modifier certaines propriétés d’un matériau. Mais déterminer quels éléments utiliser dans le dopage demande du temps et du travail. Si nous pouvions utiliser un modèle informatique pour prédire ces résultats, cela permettrait aux ingénieurs en matériaux de se concentrer sur les éléments présentant le meilleur potentiel.
Dans une étude de preuve de principe, Irving et son équipe ont utilisé l'analyse informatique pour prédire le résultat de l'utilisation d'éléments halogènes, le chlore et le fluor, comme dopants ZnSe. Ils ont choisi ces éléments parce que le ZnSe dopé aux halogènes a été étudié de manière approfondie, mais que les défauts chimiques sous-jacents ne sont pas bien établis.
Le modèle a analysé toutes les combinaisons possibles de chlore et de fluor au niveau des sites de défauts et a correctement prédit les résultats tels que les propriétés électroniques et optiques, l'énergie d'ionisation et l'émission de lumière du ZnSe dopé.
"En examinant les propriétés électroniques et optiques des défauts d'un matériau connu, nous avons pu établir que cette approche peut être utilisée de manière prédictive", explique Irving. "Nous pouvons donc l'utiliser pour rechercher des défauts et des interactions qui pourraient être intéressantes."
Dans le cas d'un matériau optique comme le ZnSe, modifier la façon dont le matériau absorbe ou émet de la lumière pourrait permettre aux chercheurs de l'utiliser dans des applications quantiques pouvant fonctionner à des températures plus élevées, car certains défauts ne seraient pas aussi sensibles aux températures élevées.
"Au-delà de la révision d'un semi-conducteur comme le ZnSe pour une utilisation potentielle dans des applications quantiques, les implications plus larges de ce travail sont les parties les plus intéressantes", déclare Irving. « Il s’agit d’un élément fondamental qui nous amène vers des objectifs plus vastes : utiliser la technologie prédictive pour identifier efficacement les défauts et la compréhension fondamentale de ces matériaux qui résulte de l’utilisation de cette technologie. »
La recherche apparaît dans le Journal de lettres de chimie physique, et a été soutenu par la subvention FA9550-21-1-0383 du programme du Bureau de recherche scientifique de l'Air Force sur les matériaux aux propriétés extrêmes. Le chercheur postdoctoral et premier auteur Yifeng Wu, ainsi que l'étudiante diplômée Kelsey Mirrielees, tous deux originaires de l'État de Caroline du Nord, ont également contribué aux travaux.
Source originale de l’article : WRAL TechWire