Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte utilizaron análisis computacionales para predecir cómo cambian las propiedades ópticas del material semiconductor seleniuro de zinc (ZnSe) cuando se dopa con elementos halógenos, y encontraron que las predicciones fueron confirmadas por resultados experimentales. Su método podría acelerar el proceso de identificación y creación de materiales útiles en aplicaciones cuánticas.

Crear semiconductores con propiedades deseables significa aprovechar los defectos puntuales:sitios dentro de un material donde puede faltar un átomo o donde hay impurezas. Mediante la manipulación de estos sitios en el material, a menudo mediante la adición de diferentes elementos (un proceso denominado "dopaje"), los diseñadores pueden obtener diferentes propiedades.

"Los defectos son inevitables, incluso en materiales 'puros'", dice Doug Irving, académico universitario y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en NC State. "Queremos interactuar con esos espacios a través del dopaje para cambiar ciertas propiedades de un material. Pero averiguar qué elementos usar en el dopaje requiere mucho tiempo y trabajo. Si pudiéramos usar un modelo de computadora para predecir estos resultados, permitiría a los ingenieros de materiales concéntrese en los elementos con el mejor potencial".

En un estudio de prueba de principio, Irving y su equipo usaron análisis computacional para predecir el resultado del uso de elementos halógenos como cloro y flúor como dopantes de ZnSe. Eligieron estos elementos porque el ZnSe dopado con halógeno se ha estudiado exhaustivamente, pero los defectos químicos subyacentes no están bien establecidos.

El modelo analizó todas las combinaciones posibles de cloro y flúor en los sitios defectuosos y predijo correctamente los resultados, como las propiedades electrónicas y ópticas, la energía de ionización y la emisión de luz del ZnSe dopado.

"Al observar las propiedades electrónicas y ópticas de los defectos en un material conocido, pudimos establecer que este enfoque se puede utilizar de manera predictiva", dice Irving. "Entonces podemos usarlo para buscar defectos e interacciones que puedan ser interesantes".

En el caso de un material óptico como ZnSe, cambiar la forma en que el material absorbe o emite luz podría permitir a los investigadores usarlo en aplicaciones cuánticas que podrían operar a temperaturas más altas, ya que ciertos defectos no serían tan sensibles a temperaturas elevadas.

"Más allá de revisar un semiconductor como ZnSe para su uso potencial en aplicaciones cuánticas, las implicaciones más amplias de este trabajo son las partes más emocionantes", dice Irving. "Esta es una pieza fundamental que nos lleva hacia objetivos más grandes:el uso de tecnología predictiva para identificar defectos de manera eficiente y la comprensión fundamental de estos materiales que resulta del uso de esta tecnología".

La investigación aparece en The Journal of Physical Chemistry Letters . + Explora más

Para construir un mejor semiconductor, primero identifique sus defectos