RALEIGH – Põhja-Carolina osariigi ülikooli teadlased kasutasid arvutusanalüüsi, et ennustada, kuidas pooljuhtmaterjali tsinkseleniidi (ZnSe) optilised omadused halogeenelementidega legeeritud muutuvad, ja leidsid, et ennustused kinnitasid katsetulemusi. Nende meetod võib kiirendada kvantrakendustes kasulike materjalide tuvastamise ja loomise protsessi.
Soovitud omadustega pooljuhtide loomine tähendab punktdefektide ärakasutamist – materjalis olevaid kohti, kus aatom võib puududa või kus on lisandeid. Nende materjalidega manipuleerides, sageli erinevaid elemente lisades (seda nimetatakse "dopinguks"), saavad disainerid esile kutsuda erinevaid omadusi.
"Defektid on vältimatud, isegi "puhaste" materjalide puhul, " ütleb Doug Irving, ülikooli õppejõud ja NC osariigi materjaliteaduse ja -tehnika professor. "Me tahame nende ruumidega liidestada dopingu abil, et muuta materjali teatud omadusi. Kuid selle väljamõtlemine, milliseid elemente dopingus kasutada, on aja- ja töömahukas. Kui saaksime nende tulemuste ennustamiseks kasutada arvutimudelit, võimaldaks materjaliinseneridel keskenduda parima potentsiaaliga elementidele.
Põhimõttelises uuringus kasutasid Irving ja tema meeskond arvutusanalüüsi, et ennustada halogeenelementide kloori ja fluori ZnSe lisanditena kasutamise tulemusi. Nad valisid need elemendid, kuna halogeeniga legeeritud ZnSe on põhjalikult uuritud, kuid selle aluseks olevad defektide keemilised omadused ei ole hästi kindlaks tehtud.
Mudel analüüsis kõiki võimalikke kloori ja fluori kombinatsioone defektikohtades ning ennustas õigesti tulemusi, nagu elektroonilised ja optilised omadused, ionisatsioonienergia ja legeeritud ZnSe valguse emissioon.
"Vaatades teadaoleva materjali defektide elektroonilisi ja optilisi omadusi, suutsime kindlaks teha, et seda lähenemisviisi saab kasutada ennustaval viisil, " ütleb Irving. "Nii et saaksime seda kasutada defektide ja koostoimete otsimiseks, mis võivad olla huvitavad."
Optilise materjali nagu ZnSe puhul võib materjali valguse neelamise või kiirgamise viisi muutmine võimaldada teadlastel seda kasutada kvantrakendustes, mis võiksid töötada kõrgematel temperatuuridel, kuna teatud defektid ei oleks kõrgendatud temperatuuride suhtes nii tundlikud.
"Peale pooljuhtide, nagu ZnSe, taasvaatamise potentsiaalseks kasutamiseks kvantrakendustes on selle töö laiemad tagajärjed kõige põnevamad, " ütleb Irving. "See on põhiosa, mis viib meid suuremate eesmärkide poole: ennustava tehnoloogia kasutamine defektide tõhusaks tuvastamiseks ja nende materjalide põhimõistmine, mis tuleneb selle tehnoloogia kasutamisest."
Uuring ilmub Journal of Physical Chemistry Letters, ja seda toetas stipendium FA9550-21-1-0383 õhujõudude büroo teadusuuringute programmilt äärmuslike omadustega materjalide kohta. Tööle aitasid kaasa ka järeldoktor ja esimene autor Yifeng Wu ning kraadiõppur Kelsey Mirrielees, mõlemad NC osariigist.
