راليج - استخدم باحثون من جامعة ولاية كارولينا الشمالية التحليل الحسابي للتنبؤ بكيفية تغير الخصائص البصرية لسيلينيد الزنك (ZnSe) في مادة أشباه الموصلات عند تناولها بعناصر الهالوجين ، ووجدوا أن التنبؤات تم تأكيدها من خلال النتائج التجريبية. طريقتهم يمكن أن تسرع عملية تحديد وإنشاء المواد المفيدة في التطبيقات الكمومية.
إن إنشاء أشباه موصلات بخصائص مرغوبة يعني الاستفادة من عيوب النقطة - مواقع داخل مادة قد تكون فيها الذرة مفقودة ، أو حيث توجد شوائب. من خلال معالجة هذه المواقع في المادة ، غالبًا عن طريق إضافة عناصر مختلفة (عملية يشار إليها باسم "المنشطات") ، يمكن للمصممين استنباط خصائص مختلفة.
"العيوب لا مفر منها ، حتى في المواد" النقية "، كما يقول دوغ ايرفينغ ، الباحث في الكلية الجامعية وأستاذ علوم وهندسة المواد في ولاية نورث كارولاينا. نريد التفاعل مع تلك المساحات عن طريق المنشطات لتغيير خصائص معينة للمادة. لكن معرفة العناصر التي يجب استخدامها في تعاطي المنشطات يتطلب وقتًا وعمالة مكثفة. إذا تمكنا من استخدام نموذج كمبيوتر للتنبؤ بهذه النتائج ، فسيسمح لمهندسي المواد بالتركيز على العناصر ذات الإمكانات الأفضل ".
كدليل على الدراسة الأساسية ، استخدم إيرفينغ وفريقه التحليل الحسابي للتنبؤ بنتيجة استخدام عناصر الهالوجين ، الكلور والفلور كمشبات ZnSe. لقد اختاروا هذه العناصر لأن ZnSe المخدر بالهالوجين قد تمت دراسته على نطاق واسع ولكن كيمياء الخلل الأساسي لم يتم تأسيسها بشكل جيد.
حلل النموذج جميع التوليفات الممكنة للكلور والفلور في مواقع الخلل وتنبأ بالنتائج بشكل صحيح مثل الخصائص الإلكترونية والبصرية وطاقة التأين وانبعاث الضوء من ZnSe المخدر.
يقول إيرفينغ: "من خلال النظر إلى الخصائص الإلكترونية والبصرية للعيوب في مادة معروفة ، تمكنا من إثبات أن هذا النهج يمكن استخدامه بطريقة تنبؤية". "لذا يمكننا استخدامه للبحث عن العيوب والتفاعلات التي قد تكون مثيرة للاهتمام."
في حالة وجود مادة بصرية مثل ZnSe ، فإن تغيير الطريقة التي تمتص بها المادة أو تنبعث منها الضوء يمكن أن يسمح للباحثين باستخدامه في التطبيقات الكمومية التي يمكن أن تعمل في درجات حرارة أعلى ، لأن بعض العيوب لن تكون حساسة لدرجات الحرارة المرتفعة.
يقول إيرفينغ: "إلى جانب إعادة النظر في أشباه الموصلات مثل ZnSe للاستخدام المحتمل في التطبيقات الكمومية ، فإن الآثار الأوسع لهذا العمل هي الأجزاء الأكثر إثارة". "هذا جزء أساسي يدفعنا نحو أهداف أكبر: استخدام التكنولوجيا التنبؤية لتحديد العيوب بكفاءة والفهم الأساسي لهذه المواد الناتج عن استخدام هذه التكنولوجيا."
يظهر البحث في مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية، وكان مدعومًا بمنحة FA9550-21-1-0383 من برنامج البحث العلمي التابع للقوات الجوية حول المواد ذات الخصائص المتطرفة. كما ساهم في العمل باحثة ما بعد الدكتوراه والمؤلفة الأولى ييفنغ وو وطالبة الدراسات العليا كيلسي ميريليس ، وكلاهما من ولاية نورث كارولاينا.
