RALİYE – North Carolina Eyalet Üniversitesi'nden araştırmacılar, yarı iletken malzeme çinko selenitin (ZnSe) halojen elementlerle katkılandığında optik özelliklerinin nasıl değiştiğini tahmin etmek için hesaplamalı analiz kullandı ve tahminlerin deneysel sonuçlarla doğrulandığını buldu. Yöntemleri, kuantum uygulamalarında faydalı materyallerin tanımlanması ve yaratılması sürecini hızlandırabilir.
Arzu edilen özelliklere sahip yarı iletkenler oluşturmak, nokta kusurlarından (bir materyalin içinde bir atomun eksik olabileceği veya yabancı maddelerin bulunduğu yerler) faydalanmak anlamına gelir. Tasarımcılar, malzemedeki bu bölgeleri genellikle farklı öğeler ekleyerek ("katkılama" olarak adlandırılan bir süreç) değiştirerek farklı özellikler ortaya çıkarabilirler.
NC State'de malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü ve Üniversite Fakültesi Öğretim Üyesi Doug Irving, "'Saf' malzemelerde bile kusurlar kaçınılmazdır" diyor. "Bir malzemenin belirli özelliklerini değiştirmek için katkılama yoluyla bu alanlarla arayüz oluşturmak istiyoruz. Ancak dopingde hangi unsurların kullanılacağını belirlemek zaman ve emek gerektirir. Bu sonuçları tahmin etmek için bir bilgisayar modeli kullanabilirsek, bu, malzeme mühendislerinin en iyi potansiyele sahip öğelere odaklanmasına olanak tanır."
Prensip çalışmasının kanıtlanmasında Irving ve ekibi, halojen elementler klor ve florin ZnSe katkı maddeleri olarak kullanılmasının sonucunu tahmin etmek için hesaplamalı analiz kullandı. Halojen katkılı ZnSe'nin kapsamlı bir şekilde çalışılmış olması ancak altta yatan kusur kimyasının tam olarak belirlenmemiş olması nedeniyle bu elementleri seçtiler.
Model, kusur bölgelerindeki klor ve flor için tüm olası kombinasyonları analiz etti ve katkılı ZnSe'den elektronik ve optik özellikler, iyonizasyon enerjisi ve ışık emisyonu gibi sonuçları doğru şekilde tahmin etti.
Irving, "Bilinen bir malzemedeki kusurların elektronik ve optik özelliklerine bakarak, bu yaklaşımın öngörücü bir şekilde kullanılabileceğini tespit edebildik" diyor. "Böylece onu ilginç olabilecek kusurları ve etkileşimleri aramak için kullanabiliriz."
ZnSe gibi bir optik malzeme söz konusu olduğunda, malzemenin ışığı emme veya yayma şeklini değiştirmek, araştırmacıların bunu daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilecek kuantum uygulamalarında kullanmalarına olanak tanıyabilir; çünkü bazı kusurlar, yüksek sıcaklıklara o kadar duyarlı olmayacaktır.
Irving, "Kuantum uygulamalarında potansiyel kullanım için ZnSe gibi bir yarı iletkeni yeniden değerlendirmenin ötesinde, bu çalışmanın daha geniş kapsamlı sonuçları en heyecan verici kısımlardır" diyor. "Bu, bizi daha büyük hedeflere doğru yönlendiren temel bir parçadır: kusurları etkili bir şekilde belirlemek için tahmine dayalı teknolojiyi kullanmak ve bu teknolojinin kullanılmasından kaynaklanan bu malzemelerin temel anlayışını kullanmak."
Araştırma görünür Fiziksel Kimya Mektupları Dergisive Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi'nin Olağanüstü Özelliklere Sahip Malzemeler konulu FA9550-21-1-0383 hibesiyle desteklenmiştir. Her ikisi de NC Eyaletinden doktora sonrası araştırmacı ve ilk yazar Yifeng Wu ve yüksek lisans öğrencisi Kelsey Mirrielees de çalışmaya katkıda bulundu.
