Nowe badania NCSU dotyczące obliczeń kwantowych i półprzewodników mogą przynieść korzyści
Data opublikowania:Naukowcy z North Carolina State University wykorzystali analizę obliczeniową do przewidzenia, jak właściwości optyczne materiału półprzewodnikowego selenku cynku (ZnSe) zmieniają się po dodaniu pierwiastków halogenowych i odkryli, że przewidywania te potwierdziły wyniki eksperymentów. Ich metoda może przyspieszyć proces identyfikacji i tworzenia materiałów przydatnych w zastosowaniach kwantowych.
Tworzenie półprzewodników o pożądanych właściwościach oznacza wykorzystanie defektów punktowych – miejsc w materiale, w których może brakować atomu lub w których występują zanieczyszczenia. Manipulując tymi miejscami w materiale, często dodając różne elementy (proces określany jako „domieszkowanie”), projektanci mogą uzyskać różne właściwości.
„Wady są nieuniknione, nawet w przypadku „czystych” materiałów” – mówi Doug Irving, pracownik naukowy wydziału uniwersyteckiego oraz profesor nauk o materiałach i inżynierii na Uniwersytecie NC. „Chcemy nawiązać kontakt z tymi przestrzeniami poprzez domieszkowanie, aby zmienić pewne właściwości materiału. Jednak ustalenie, które elementy zastosować w dopingu, jest czasochłonne i pracochłonne. Gdybyśmy mogli użyć modelu komputerowego do przewidzenia tych wyników, umożliwiłoby to inżynierom materiałowym skupienie się na elementach o największym potencjale”.
W badaniu weryfikującym zasadę Irving i jego zespół wykorzystali analizę obliczeniową do przewidzenia wyniku zastosowania pierwiastków halogenowych, chloru i fluoru, jako domieszek ZnSe. Wybrali te pierwiastki, ponieważ ZnSe domieszkowany halogenami był szeroko badany, ale chemia leżąca u podstaw defektów nie jest dobrze poznana.
W modelu przeanalizowano wszystkie możliwe kombinacje chloru i fluoru w miejscach defektów i prawidłowo przewidziano wyniki, takie jak właściwości elektroniczne i optyczne, energia jonizacji i emisja światła z domieszkowanego ZnSe.
„Przyglądając się właściwościom elektronicznym i optycznym defektów znanego materiału, byliśmy w stanie ustalić, że to podejście można zastosować w sposób predykcyjny” – mówi Irving. „Możemy więc użyć go do wyszukiwania defektów i interakcji, które mogą być interesujące”.
W przypadku materiału optycznego takiego jak ZnSe zmiana sposobu, w jaki materiał pochłania lub emituje światło, mogłaby umożliwić naukowcom wykorzystanie go w zastosowaniach kwantowych, które mogłyby działać w wyższych temperaturach, ponieważ niektóre defekty nie byłyby tak wrażliwe na podwyższone temperatury.
„Poza ponownym zbadaniem półprzewodnika takiego jak ZnSe pod kątem potencjalnego zastosowania w zastosowaniach kwantowych, najbardziej ekscytujące są szersze implikacje tej pracy” – mówi Irving. „To fundamentalny element, który prowadzi nas do większych celów: wykorzystania technologii predykcyjnej do skutecznej identyfikacji defektów oraz podstawowej wiedzy o materiałach wynikającej z zastosowania tej technologii”.
Badania pojawiają się w Journal of Physical Chemistry Lettersi był wspierany w ramach grantu FA9550-21-1-0383 z programu Badań Naukowych Biura Sił Powietrznych dotyczącego materiałów o ekstremalnych właściwościach. Wkład w prace wnieśli także badacz ze stopniem doktora i pierwszy autor Yifeng Wu oraz doktorant Kelsey Mirrielees ze stanu NC.
Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire