Onderzoekers van de North Carolina State University gebruikten computationele analyse om te voorspellen hoe optische eigenschappen van zinkselenide (ZnSe) van halfgeleidermateriaal veranderen wanneer ze worden gedoteerd met halogeenelementen, en ontdekten dat de voorspellingen werden bevestigd door experimentele resultaten. Hun methode zou het proces van het identificeren en creëren van materialen die bruikbaar zijn in kwantumtoepassingen kunnen versnellen.

Halfgeleiders maken met gewenste eigenschappen betekent profiteren van puntdefecten - locaties in een materiaal waar een atoom kan ontbreken of waar er onzuiverheden zijn. Door deze plekken in het materiaal te manipuleren, vaak door verschillende elementen toe te voegen (een proces dat 'doping' wordt genoemd), kunnen ontwerpers verschillende eigenschappen opwekken.

"Defecten zijn onvermijdelijk, zelfs in 'pure' materialen", zegt Doug Irving, University Faculty Scholar en hoogleraar materiaalwetenschappen en techniek bij NC State. "We willen via doping met die ruimtes communiceren om bepaalde eigenschappen van een materiaal te veranderen. Maar uitzoeken welke elementen we bij doping moeten gebruiken, is tijd en arbeidsintensief. Als we een computermodel zouden kunnen gebruiken om deze resultaten te voorspellen, zouden materiaalingenieurs focus op elementen met het beste potentieel."

In een proof of principle-studie gebruikten Irving en zijn team computationele analyse om de uitkomst te voorspellen van het gebruik van halogeenelementen chloor en fluor als ZnSe-doteringsmiddelen. Ze kozen deze elementen omdat met halogeen gedoteerd ZnSe uitgebreid is bestudeerd, maar de onderliggende defectchemie is niet goed vastgesteld.

Het model analyseerde alle mogelijke combinaties voor chloor en fluor op defectlocaties en voorspelde correct resultaten zoals elektronische en optische eigenschappen, ionisatie-energie en lichtemissie van het gedoteerde ZnSe.

"Door te kijken naar de elektronische en optische eigenschappen van defecten in een bekend materiaal, konden we vaststellen dat deze benadering op een voorspellende manier kan worden gebruikt", zegt Irving. "Dus we kunnen het gebruiken om te zoeken naar defecten en interacties die mogelijk interessant zijn."

In het geval van een optisch materiaal zoals ZnSe, zou het veranderen van de manier waarop het materiaal licht absorbeert of uitstraalt, onderzoekers in staat kunnen stellen het te gebruiken in kwantumtoepassingen die bij hogere temperaturen zouden kunnen werken, aangezien bepaalde defecten niet zo gevoelig zouden zijn voor verhoogde temperaturen.

"Naast het opnieuw bekijken van een halfgeleider zoals ZnSe voor mogelijk gebruik in kwantumtoepassingen, zijn de bredere implicaties van dit werk de meest opwindende onderdelen", zegt Irving. "Dit is een fundamenteel stuk dat ons naar grotere doelen brengt:voorspellende technologie gebruiken om defecten efficiënt te identificeren en het fundamentele begrip van deze materialen dat het resultaat is van het gebruik van deze technologie."

Het onderzoek verschijnt in The Journal of Physical Chemistry Letters . + Verder verkennen

Om een ​​betere halfgeleider te bouwen, identificeer eerst de defecten