ראלי - חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט השתמשו בניתוח חישובי כדי לחזות כיצד התכונות האופטיות של חומר מוליכים למחצה סלניד אבץ (ZnSe) משתנות כאשר הם מסוממים ביסודות הלוגן, ומצאו כי התחזיות אוששו על ידי תוצאות ניסויים. השיטה שלהם יכולה להאיץ את תהליך הזיהוי והיצירה של חומרים שימושיים ביישומים קוונטיים.
יצירת מוליכים למחצה בעלי תכונות רצויות פירושה ניצול של פגמים נקודתיים - אתרים בתוך חומר שבהם אטום עשוי להיות חסר, או שבהם יש זיהומים. על ידי מניפולציה של אתרים אלה בחומר, לעתים קרובות על ידי הוספת אלמנטים שונים (תהליך המכונה "סימום"), מעצבים יכולים להעלות תכונות שונות.
"פגמים הם בלתי נמנעים, אפילו בחומרים 'טהורים'", אומר דאג אירווינג, מלומד בפקולטה באוניברסיטה ופרופסור למדע והנדסת חומרים ב-NC State. "אנחנו רוצים להתממשק עם החללים האלה באמצעות סימום כדי לשנות תכונות מסוימות של חומר. אבל להבין באילו אלמנטים להשתמש בסימום זה זמן ועבודה. אם נוכל להשתמש במודל ממוחשב כדי לחזות את התוצאות הללו, זה יאפשר למהנדסי חומרים להתמקד באלמנטים עם הפוטנציאל הטוב ביותר".
במחקר הוכחה לעיקרון, אירווינג והצוות שלו השתמשו בניתוח חישובי כדי לחזות את התוצאה של שימוש ביסודות הלוגן כלור ופלואור כחומרי מסמיך ZnSe. הם בחרו באלמנטים אלה מכיוון ש-ZnSe מסומם בהלוגן נחקר בהרחבה אך הכימיה של הפגם הבסיסי אינו מבוסס היטב.
המודל ניתח את כל השילובים האפשריים עבור כלור ופלואור באתרי פגמים וחזה נכון תוצאות כגון תכונות אלקטרוניות ואופטיות, אנרגיית יינון ופליטת אור מה-ZnSe המסומם.
"על ידי הסתכלות על התכונות האלקטרוניות והאופטיות של פגמים בחומר ידוע, הצלחנו לקבוע שניתן להשתמש בגישה זו בצורה מנבאת", אומר אירווינג. "אז נוכל להשתמש בו כדי לחפש פגמים ואינטראקציות שעשויות להיות מעניינים."
במקרה של חומר אופטי כמו ZnSe, שינוי האופן שבו החומר סופג או פולט אור יכול לאפשר לחוקרים להשתמש בו ביישומים קוונטיים שיכולים לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר, שכן פגמים מסוימים לא יהיו רגישים כל כך לטמפרטורות גבוהות.
"מעבר לביקור מחדש במוליך למחצה כמו ZnSe לשימוש פוטנציאלי ביישומים קוונטיים, ההשלכות הרחבות יותר של עבודה זו הן החלקים המרגשים ביותר", אומר אירווינג. "זוהי יצירה בסיסית שמניעה אותנו לעבר יעדים גדולים יותר: שימוש בטכנולוגיה חיזוי לזיהוי יעיל של פגמים וההבנה הבסיסית של החומרים הללו הנובעת משימוש בטכנולוגיה זו."
המחקר מופיע ב- כתב עת למכתבים כימיים פיזיים, ונתמך על ידי מענק FA9550-21-1-0383 מתוכנית חיל האוויר למחקר מדעי בנושא חומרים בעלי תכונות קיצוניות. תרמו לעבודה גם חוקר פוסט-דוקטורט והסופר הראשון Yifeng Wu, והסטודנטית לתואר שני Kelsey Mirrieelees, שניהם ממדינת NC.
