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加快通过在固体引入缺陷计算

研究者探针的缺陷在固体的影响,以提高电子装置的速度

在许多电子设备(如通常是硅的造出来的半导体器件)中使用的固体材料的开发在其晶体结构中的缺陷,当晶体生长。科学家们长期使用这些缺陷,他们的优势,并甚至故意引入的缺陷,实现有趣的材料特性。例如,半导体的电性能通过加入不同元件的几个原子到它提高。

 在最近的研究中,一队在技术孟买的印度理工学院博士戈帕尔·迪克西特所领导的研究(188比分直播网)和DR天使在马克斯普朗克研究所的结构和物质,德国汉堡的动态卢比奥,分析了如何缺陷六方氮化硼可以提高电子设备的性能有所帮助。该研究发表在杂志NPJ计算材料。

当在晶体结构中的原子的规则排列受到阻碍以不同的方式在固体缺陷出现。例如,从结构中除去一个原子或与另一种元素的原子替换它可以被认为是晶体缺陷。物理学家通过计算机模拟研究他们的光的晶体缺陷的影响,但到现在为止,这种研究有一定的局限性。

先前的研究已经仅在一个维度搜索的缺陷,沿原子的链,但现实的材料不能在单个维度进行说明。在另一方面,使用数字方法,可以滑车复杂存在于实际材料中的缺陷需要那么多的计算能力,它成为不可行。 “但我们能够在我们的模拟求取实际和现实的平衡,”医生说迪克西特。

研究人员研究了具有二维的,六方晶体结构的氮化硼的数值模型。他们关注的物质的一个基本属性,称为自旋,其中有两个变种 - “向上”和“向下”。原始六方氮化硼具有零净自旋自硼和氮原子具有相同的量的平衡彼此的相对旋转。但是,当他们创造2种在六方氮化硼模型的缺陷,无论是通过除去氮原子上除去的硼原子或另一个,该材料具有一净向上或向下自旋。

然后,研究人员进行了计算机模拟,研究了缺陷材料照耀的激光的强短脉冲的效果。在固体中,电子占据不同的能级,统称能带。他们发现缺陷固体的电子在多次振荡的激光的频率。 “的输出光谱”,或由固体作图其频率,发射的光的强度分布是为原始固体及其缺陷的版本不同。此外,输出频谱也变化对于两种类型的缺陷,因为它们携带相反种净自旋。

进一步探索,研究小组发现电子之间的相互交互也起着投奔固体激光器的影响下的行为的作用。将合并的效应导致在频率从入射激光的频率非常不同的强烈增强的光输出。在频率三次,激光的频率,输出强度是两个缺陷相似。然而,当输出光频率的三倍多,输出强度变化为两个不同的缺陷。对此,研究人员说,也有望因为电子的能带是两个类型的缺陷不同。

代替去除硼或氮原子,研究人员也研究了与碳原子取代它们,就像在这个过程被称为掺杂的效果,非常普遍地用于大多数半导体器件。在更换与碳原子的硼原子类似于完全除去氮原子的影响,他们发现,与碳原子取代的氮原子具有类似于取出硼原子完全的效果。

设备,诸如微处理器芯片的速度被自然通过电子信号的传输速度,其通过电子发生限制。 “为第一次,我们已经表明,电子的自旋可以用于以比当前频率高得多的频率来控制其振荡。在至少一千倍提高处理器的时钟速度,通过仔细投奔材料闪亮的激光脉冲,这可以帮助,”博士表示,迪克西特。

鉴于快速的技术是如何适应基础科学,研究人员认为,他们的想法可以用来在未来十年产生新的速度更快的处理器。他们的研究开辟了新的途径,为探索更复杂的缺陷和更加逼真的固体效果。

文章写的

দেবদত্তপাল。 debdutta保罗

图片来源

照片由unsplash尔法恩afshari

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