L'informatica quantistica e i semiconduttori potrebbero trarre vantaggio dalla nuova ricerca sul "doping" dell'NCSU
Data di pubblicazione:I ricercatori della North Carolina State University hanno utilizzato l’analisi computazionale per prevedere come cambiano le proprietà ottiche del seleniuro di zinco (ZnSe) del materiale semiconduttore quando drogato con elementi alogeni e hanno scoperto che le previsioni erano confermate dai risultati sperimentali. Il loro metodo potrebbe accelerare il processo di identificazione e creazione di materiali utili nelle applicazioni quantistiche.
Creare semiconduttori con proprietà desiderabili significa sfruttare i difetti puntuali: siti all'interno di un materiale in cui potrebbe mancare un atomo o dove sono presenti impurità. Manipolando questi siti nel materiale, spesso aggiungendo diversi elementi (un processo denominato “doping”), i progettisti possono ottenere proprietà diverse.
"I difetti sono inevitabili, anche nei materiali 'puri'", afferma Doug Irving, studioso della facoltà universitaria e professore di scienza e ingegneria dei materiali alla NC State. “Vogliamo interfacciarci con quegli spazi tramite il doping per modificare alcune proprietà di un materiale. Ma capire quali elementi utilizzare nel doping richiede molto tempo e lavoro. Se potessimo utilizzare un modello computerizzato per prevedere questi risultati, ciò consentirebbe agli ingegneri dei materiali di concentrarsi sugli elementi con il miglior potenziale”.
In uno studio di prova di principio, Irving e il suo team hanno utilizzato l'analisi computazionale per prevedere il risultato dell'utilizzo di elementi alogeni, cloro e fluoro, come droganti ZnSe. Hanno scelto questi elementi perché lo ZnSe drogato con alogeni è stato ampiamente studiato ma le caratteristiche chimiche dei difetti sottostanti non sono ben stabilite.
Il modello ha analizzato tutte le possibili combinazioni di cloro e fluoro nei siti dei difetti e ha previsto correttamente risultati quali proprietà elettroniche e ottiche, energia di ionizzazione ed emissione di luce dallo ZnSe drogato.
"Esaminando le proprietà elettroniche e ottiche dei difetti in un materiale noto, siamo stati in grado di stabilire che questo approccio può essere utilizzato in modo predittivo", afferma Irving. "Quindi possiamo usarlo per cercare difetti e interazioni che potrebbero essere interessanti."
Nel caso di un materiale ottico come ZnSe, cambiare il modo in cui il materiale assorbe o emette la luce potrebbe consentire ai ricercatori di utilizzarlo in applicazioni quantistiche che potrebbero funzionare a temperature più elevate, poiché alcuni difetti non sarebbero così sensibili alle temperature elevate.
“Oltre alla rivisitazione di un semiconduttore come ZnSe per un potenziale utilizzo in applicazioni quantistiche, le implicazioni più ampie di questo lavoro sono le parti più interessanti”, afferma Irving. “Si tratta di un elemento fondamentale che ci spinge verso obiettivi più ampi: l’utilizzo della tecnologia predittiva per identificare in modo efficiente i difetti e la comprensione fondamentale di questi materiali che deriva dall’utilizzo di questa tecnologia”.
La ricerca appare in Giornale di lettere di chimica fisicaed è stato sostenuto dalla sovvenzione FA9550-21-1-0383 del programma di ricerca scientifica dell'Ufficio dell'aeronautica militare sui materiali con proprietà estreme. Hanno contribuito al lavoro anche il ricercatore post-dottorato e primo autore, Yifeng Wu, e lo studente laureato Kelsey Mirrielees, entrambi della NC State.
Fonte articolo originale: WRAL TechWire