QUYỀN BÁN - Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang Bắc Carolina đã sử dụng phân tích điện toán để dự đoán các tính chất quang học của vật liệu bán dẫn kẽm selenua (ZnSe) thay đổi như thế nào khi được pha tạp với các nguyên tố halogen và nhận thấy các dự đoán đã được xác nhận bằng kết quả thực nghiệm. Phương pháp của họ có thể tăng tốc quá trình xác định và tạo ra các vật liệu hữu ích trong các ứng dụng lượng tử.
Tạo ra chất bán dẫn với các đặc tính mong muốn có nghĩa là tận dụng các khuyết tật điểm – các vị trí bên trong vật liệu có thể thiếu nguyên tử hoặc có tạp chất. Bằng cách điều khiển các vị trí này trong vật liệu, thường bằng cách thêm các yếu tố khác nhau (một quá trình được gọi là "pha tạp"), các nhà thiết kế có thể tạo ra các thuộc tính khác nhau.
Doug Irving, Học giả Khoa Đại học và giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật tại NC State cho biết: “Các khiếm khuyết là không thể tránh khỏi, ngay cả trong các vật liệu 'tinh khiết'. “Chúng tôi muốn giao tiếp với những không gian đó thông qua pha tạp để thay đổi một số tính chất nhất định của vật liệu. Nhưng việc tìm ra những yếu tố để sử dụng trong pha tạp là tốn nhiều thời gian và công sức. Nếu chúng ta có thể sử dụng một mô hình máy tính để dự đoán những kết quả này thì nó sẽ cho phép các kỹ sư vật liệu tập trung vào các nguyên tố có tiềm năng tốt nhất.”
Trong một nghiên cứu chứng minh nguyên tắc, Irving và nhóm của ông đã sử dụng phân tích điện toán để dự đoán kết quả của việc sử dụng các nguyên tố halogen clo và flo làm chất dẫn xuất ZnSe. Họ đã chọn những nguyên tố này vì ZnSe pha tạp halogen đã được nghiên cứu rộng rãi nhưng các hóa chất gây khuyết tật cơ bản vẫn chưa được thiết lập rõ ràng.
Mô hình đã phân tích tất cả các tổ hợp có thể có của clo và flo tại các vị trí khuyết tật và dự đoán chính xác các kết quả như tính chất điện tử và quang học, năng lượng ion hóa và phát xạ ánh sáng từ ZnSe pha tạp.
Irving nói: “Bằng cách xem xét các đặc tính điện tử và quang học của các khuyết tật trong một vật liệu đã biết, chúng tôi có thể xác định rằng phương pháp này có thể được sử dụng theo cách dự đoán. “Vì vậy, chúng tôi có thể sử dụng nó để tìm kiếm các lỗi và tương tác có thể thú vị.”
Trong trường hợp vật liệu quang học như ZnSe, việc thay đổi cách vật liệu hấp thụ hoặc phát ra ánh sáng có thể cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng nó trong các ứng dụng lượng tử có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, vì một số khuyết tật sẽ không nhạy cảm với nhiệt độ cao.
Irving nói: “Ngoài việc xem xét lại một chất bán dẫn như ZnSe để sử dụng tiềm năng trong các ứng dụng lượng tử, ý nghĩa rộng lớn hơn của công việc này là những phần thú vị nhất. “Đây là phần nền tảng giúp chúng tôi hướng tới các mục tiêu lớn hơn: sử dụng công nghệ dự đoán để xác định hiệu quả các khuyết tật và hiểu biết cơ bản về những vật liệu này là kết quả của việc sử dụng công nghệ này.”
Nghiên cứu xuất hiện trong Tạp chí Hóa học Vật lý, và được hỗ trợ bởi FA9550-21-1-0383 từ chương trình Nghiên cứu Khoa học của Văn phòng Không quân về Vật liệu có Đặc tính Cực đoan. Nhà nghiên cứu sau tiến sĩ và tác giả đầu tiên Yifeng Wu, và sinh viên tốt nghiệp Kelsey Mirrielees, cả hai đều đến từ Bang NC, cũng đóng góp cho công việc.
