量子計算、半導體可能受益於北卡羅來納州立大學新的「興奮劑」研究
發布日期：北卡羅來納州立大學的研究人員利用計算分析來預測半導體材料硒化鋅（ZnSe）在摻雜鹵素元素時光學特性如何變化，並發現實驗結果證實了這個預測。他們的方法可以加快識別和創造可用於量子應用的材料的過程。
製造具有理想性能的半導體意味著要利用點缺陷——材料中可能缺少原子或存在雜質的位置。透過操縱材料中的這些位點，通常是添加不同的元素（這個過程稱為「摻雜」），設計人員可以得出不同的特性。
「即使是『純』材料，缺陷也是不可避免的，」北卡羅來納州立大學教師學者兼材料科學與工程教授 Doug Irving 說道。 「我們希望透過摻雜與這些空間相互作用，以改變材料的某些特性。但弄清楚在興奮劑中使用哪些元素是時間和勞動力密集的。如果我們可以使用計算機模型來預測這些結果，那麼材料工程師就可以專注於最具潛力的元素。”
在一項原理證明研究中，歐文和他的團隊使用計算分析來預測使用鹵素元素氯和氟作為 ZnSe 摻雜劑的結果。他們選擇這些元素是因為鹵素摻雜的 ZnSe 已被廣泛研究，但潛在的缺陷化學物質尚未得到很好的確定。
該模型分析了缺陷位置處氯和氟的所有可能組合，並正確預測了摻雜 ZnSe 的電子和光學特性、電離能和光發射等結果。
「透過觀察已知材料中缺陷的電子和光學特性，我們能夠確定這種方法可以以預測的方式使用，」歐文說。 “所以我們可以用它來搜尋可能有趣的缺陷和相互作用。”
對於像硒化鋅這樣的光學材料，改變材料吸收或發射光的方式可以讓研究人員將其用於可以在更高溫度下運行的量子應用，因為某些缺陷對高溫不那麼敏感。
「除了重新審視硒化鋅等半導體在量子應用中的潛在用途之外，這項工作的更廣泛的影響是最令人興奮的部分，」歐文說。 “這是推動我們實現更大目標的基礎：使用預測技術有效識別缺陷，並通過使用該技術對這些材料有基本的了解。”
該研究出現在 物理化學快報雜誌，並得到了空軍極端性能材料科學研究計劃辦公室的 FA9550-21-1-0383 撥款的支持。來自北卡羅來納州的博士後研究員兼第一作者 Yifeng Wu 和研究生 Kelsey Mirrielees 也對這項工作做出了貢獻。
原文來源： WRAL 技術線