양자 컴퓨팅, 반도체는 새로운 '도핑' NCSU 연구로부터 이익을 얻을 수 있습니다
게시 날짜:노스캐롤라이나 주립대학교 연구진은 컴퓨터 분석을 사용해 할로겐 원소를 도핑했을 때 반도체 소재인 셀렌화 아연(ZnSe)의 광학적 특성이 어떻게 변하는지 예측했고, 그 예측이 실험 결과로 확인됐다는 사실을 발견했습니다. 그들의 방법은 양자 응용에 유용한 물질을 식별하고 생성하는 과정을 가속화할 수 있습니다.
원하는 특성을 지닌 반도체를 만든다는 것은 점결함(원자가 없거나 불순물이 있는 재료 내 위치)을 활용하는 것을 의미합니다. 종종 다른 요소를 추가("도핑"이라고 하는 프로세스)하여 재료의 이러한 위치를 조작함으로써 디자이너는 다른 속성을 이끌어낼 수 있습니다.
"순수한' 재료에서도 결함은 피할 수 없습니다."라고 대학 교수이자 NC State의 재료 과학 및 공학 교수인 Doug Irving은 말합니다. “우리는 재료의 특정 속성을 변경하기 위해 도핑을 통해 이러한 공간과 인터페이스하고 싶습니다. 그러나 도핑에 어떤 원소를 사용할지 알아내는 것은 시간과 노동 집약적입니다. 컴퓨터 모델을 사용하여 이러한 결과를 예측할 수 있다면 재료 엔지니어는 최고의 잠재력을 지닌 요소에 집중할 수 있을 것입니다.”
원리 증명 연구에서 Irving과 그의 팀은 계산 분석을 사용하여 할로겐 원소인 염소와 불소를 ZnSe 도펀트로 사용하는 결과를 예측했습니다. 그들은 할로겐 도핑된 ZnSe가 광범위하게 연구되었지만 근본적인 결함 화학이 잘 확립되지 않았기 때문에 이러한 요소를 선택했습니다.
이 모델은 결함 부위에서 염소와 불소의 가능한 모든 조합을 분석하고 전자 및 광학 특성, 이온화 에너지, 도핑된 ZnSe의 빛 방출과 같은 결과를 정확하게 예측했습니다.
Irving은 "알려진 재료의 결함에 대한 전자적 및 광학적 특성을 조사함으로써 이 접근 방식이 예측 방식으로 사용될 수 있음을 확인할 수 있었습니다"라고 말했습니다. "그래서 우리는 이를 사용하여 흥미로울 수 있는 결함과 상호 작용을 검색할 수 있습니다."
ZnSe와 같은 광학 재료의 경우, 재료가 빛을 흡수하거나 방출하는 방식을 변경하면 특정 결함이 높은 온도에 민감하지 않기 때문에 연구원들이 더 높은 온도에서 작동할 수 있는 양자 응용 분야에 이를 사용할 수 있습니다.
Irving은 "양자 응용 분야에서 잠재적으로 사용하기 위해 ZnSe와 같은 반도체를 재검토하는 것 이상으로 이 연구의 광범위한 의미가 가장 흥미로운 부분입니다"라고 말했습니다. "이것은 우리를 더 큰 목표를 향해 나아가게 하는 기초적인 부분입니다. 예측 기술을 사용하여 결함을 효율적으로 식별하고 이 기술을 사용하여 얻은 재료에 대한 근본적인 이해를 제공합니다."
해당 연구는 물리화학저널, 극한 특성을 지닌 재료에 대한 공군 과학 연구 프로그램의 FA9550-21-1-0383 보조금의 지원을 받았습니다. NC 주립대학의 박사후 연구원이자 제1저자인 Yifeng Wu와 대학원생 Kelsey Mirrielees도 이 작업에 기여했습니다.
원본 기사 출처: WRAL TechWire