Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont utilisé l'analyse informatique pour prédire comment les propriétés optiques du matériau semi-conducteur séléniure de zinc (ZnSe) changent lorsqu'il est dopé avec des éléments halogènes, et ont découvert que les prédictions étaient confirmées par des résultats expérimentaux. Leur méthode pourrait accélérer le processus d'identification et de création de matériaux utiles dans les applications quantiques.

Créer des semi-conducteurs avec des propriétés souhaitables signifie tirer parti des défauts ponctuels - des sites dans un matériau où un atome peut manquer ou où il y a des impuretés. En manipulant ces sites dans le matériau, souvent en ajoutant différents éléments (un processus appelé "dopage"), les concepteurs peuvent obtenir différentes propriétés.

"Les défauts sont inévitables, même dans les matériaux" purs "", déclare Doug Irving, chercheur universitaire et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à NC State. "Nous voulons nous connecter à ces espaces via le dopage pour modifier certaines propriétés d'un matériau. Mais déterminer quels éléments utiliser dans le dopage demande du temps et de la main-d'œuvre. Si nous pouvions utiliser un modèle informatique pour prédire ces résultats, cela permettrait aux ingénieurs matériaux de se concentrer sur les éléments avec le meilleur potentiel."

Dans une étude de preuve de principe, Irving et son équipe ont utilisé une analyse informatique pour prédire le résultat de l'utilisation d'éléments halogènes chlore et fluor comme dopants ZnSe. Ils ont choisi ces éléments car le ZnSe dopé à l'halogène a fait l'objet d'études approfondies, mais les défauts chimiques sous-jacents ne sont pas bien établis.

Le modèle a analysé toutes les combinaisons possibles pour le chlore et le fluor sur les sites de défauts et a correctement prédit les résultats tels que les propriétés électroniques et optiques, l'énergie d'ionisation et l'émission de lumière du ZnSe dopé.

"En examinant les propriétés électroniques et optiques des défauts d'un matériau connu, nous avons pu établir que cette approche peut être utilisée de manière prédictive", déclare Irving. "Nous pouvons donc l'utiliser pour rechercher des défauts et des interactions qui pourraient être intéressantes."

Dans le cas d'un matériau optique comme le ZnSe, changer la façon dont le matériau absorbe ou émet de la lumière pourrait permettre aux chercheurs de l'utiliser dans des applications quantiques qui pourraient fonctionner à des températures plus élevées, car certains défauts ne seraient pas aussi sensibles aux températures élevées.

"Au-delà de revisiter un semi-conducteur comme le ZnSe pour une utilisation potentielle dans des applications quantiques, les implications plus larges de ce travail sont les parties les plus excitantes", déclare Irving. "Il s'agit d'un élément fondamental qui nous fait avancer vers des objectifs plus vastes :l'utilisation de la technologie prédictive pour identifier efficacement les défauts et la compréhension fondamentale de ces matériaux qui résulte de l'utilisation de cette technologie."

La recherche apparaît dans The Journal of Physical Chemistry Letters . + Explorer plus loin

Pour construire un meilleur semi-conducteur, identifiez d'abord ses défauts