ローリー – ノースカロライナ州立大学の研究者は、コンピューター解析を使用して、半導体材料のセレン化亜鉛 (ZnSe) の光学特性がハロゲン元素をドープしたときにどのように変化するかを予測し、その予測が実験結果によって確認されたことを発見しました。 彼らの方法は、量子アプリケーションで有用な材料を特定して作成するプロセスを高速化する可能性があります。
望ましい特性を備えた半導体を作成することは、点欠陥 (原子が欠落している可能性がある材料内のサイト、または不純物がある場所) を利用することを意味します。 材料のこれらのサイトを操作することで、多くの場合、さまざまな要素を追加することで (「ドーピング」と呼ばれるプロセス)、デザイナーはさまざまな特性を引き出すことができます。
「「純粋な」材料であっても、欠陥は避けられません」と、ノースカロライナ州立大学の材料科学と工学の大学教授である Doug Irving は言います。 「材料の特定の特性を変更するために、ドーピングを介してこれらの空間とやり取りしたいと考えています。 しかし、ドーピングに使用する元素を特定するには、時間と労力がかかります。 コンピューター モデルを使用してこれらの結果を予測できれば、材料エンジニアは最高の可能性を秘めた要素に集中できるようになります。」
原理研究の証明で、Irving と彼のチームは計算解析を使用して、ハロゲン元素の塩素とフッ素を ZnSe ドーパントとして使用した場合の結果を予測しました。 彼らがこれらの元素を選んだのは、ハロゲンをドープした ZnSe が広く研究されてきたが、基礎となる欠陥化学が十分に確立されていないためです。
このモデルは、欠陥部位での塩素とフッ素のすべての可能な組み合わせを分析し、電子的および光学的特性、イオン化エネルギー、ドープされたZnSeからの発光などの結果を正しく予測しました。
「既知の材料の欠陥の電子的および光学的特性を調べることで、このアプローチを予測的な方法で使用できることを確認できました」と Irving 氏は言います。 「そのため、興味深い可能性のある欠陥や相互作用を検索するために使用できます。」
ZnSeのような光学材料の場合、材料が光を吸収または放出する方法を変更することで、研究者はより高い温度で動作する可能性のある量子アプリケーションでそれを使用できるようになる.特定の欠陥は高温に敏感ではない.
「ZnSe のような半導体を量子アプリケーションで使用する可能性を再検討するだけでなく、この研究のより広範な意味が最もエキサイティングな部分です」と Irving は言います。 「これは、予測技術を使用して欠陥を効率的に特定し、この技術を使用することで得られるこれらの材料の基本的な理解という、より大きな目標に向かって私たちを動かす基礎的な部分です。」
この研究は、 物理化学レタージャーナル、および極端な特性を持つ材料に関する科学研究プログラムの空軍局からの助成金 FA9550-21-1-0383 によってサポートされていました。 ノースカロライナ州出身のポスドク研究者で筆頭著者の Yifeng Wu と大学院生の Kelsey Mirrielees もこの作業に貢献しました。
