롤리 – 노스캐롤라이나 주립대학의 연구원들은 반도체 재료인 셀렌화아연(ZnSe)의 광학적 특성이 할로겐 원소로 도핑되었을 때 어떻게 변하는지 예측하기 위해 컴퓨터 분석을 사용했고, 그 예측이 실험 결과에 의해 확인되었음을 발견했습니다. 그들의 방법은 양자 응용에 유용한 물질을 식별하고 생성하는 과정을 가속화할 수 있습니다.
바람직한 특성을 가진 반도체를 만든다는 것은 점결함(원자가 누락되거나 불순물이 있는 재료 내 위치)을 이용하는 것을 의미합니다. 종종 다른 요소를 추가하여 재료에서 이러한 사이트를 조작함으로써("도핑"이라고 하는 프로세스) 설계자는 다른 속성을 이끌어낼 수 있습니다.
NC State의 재료 과학 및 공학 교수이자 대학 교수인 Doug Irving은 "결함은 '순수' 재료에서도 피할 수 없습니다."라고 말합니다. “우리는 재료의 특정 속성을 변경하기 위해 도핑을 통해 이러한 공간과 인터페이스하고 싶습니다. 그러나 도핑에 사용할 요소를 파악하는 것은 시간과 노동 집약적입니다. 컴퓨터 모델을 사용하여 이러한 결과를 예측할 수 있다면 재료 엔지니어는 최고의 잠재력을 가진 요소에 집중할 수 있을 것입니다.”
원리 증명 연구에서 Irving과 그의 팀은 전산 분석을 사용하여 할로겐 원소인 염소와 불소를 ZnSe 도펀트로 사용한 결과를 예측했습니다. 그들은 할로겐 도핑된 ZnSe가 광범위하게 연구되었지만 근본적인 결함 화학이 잘 확립되지 않았기 때문에 이러한 요소를 선택했습니다.
이 모델은 결함 부위에서 염소와 불소에 대한 가능한 모든 조합을 분석하고 전자 및 광학 특성, 이온화 에너지 및 도핑된 ZnSe로부터의 발광과 같은 결과를 정확하게 예측했습니다.
"알려진 재료에서 결함의 전자적 및 광학적 특성을 관찰함으로써 우리는 이 접근 방식이 예측 방식으로 사용될 수 있음을 확립할 수 있었습니다."라고 Irving은 말합니다. "따라서 흥미로운 결함과 상호 작용을 검색하는 데 사용할 수 있습니다."
ZnSe와 같은 광학 재료의 경우, 재료가 빛을 흡수하거나 방출하는 방식을 변경하면 특정 결함이 고온에 민감하지 않기 때문에 연구원들이 더 높은 온도에서 작동할 수 있는 양자 응용에서 이를 사용할 수 있습니다.
Irving은 "양자 응용 분야에서 잠재적인 사용을 위해 ZnSe와 같은 반도체를 재검토하는 것 외에도 이 작업의 광범위한 의미는 가장 흥미로운 부분입니다."라고 말했습니다. "이것은 결함을 효율적으로 식별하기 위해 예측 기술을 사용하고 이 기술을 사용하여 발생하는 이러한 재료에 대한 근본적인 이해라는 더 큰 목표를 향해 우리를 움직이는 기초 조각입니다."
연구는 물리 화학 편지, 그리고 극한 특성을 가진 재료에 대한 공군 과학 연구 프로그램의 보조금 FA9550-21-1-0383에 의해 지원되었습니다. NC State의 박사후 연구원이자 제XNUMX저자인 Yifeng Wu와 대학원생인 Kelsey Mirrielees도 이 작업에 기여했습니다.
