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AG娱乐平台起头在新设备概念中获得使用

  半导体 - 根据具体情况,可用作电导体和绝缘体的一类材料 - 是所有现代电子创新的基本技术。

  硅长期以来一直是最着名的半导体,但近年来研究人员研究了更广泛的材料,包括可以根据特定电子需求量身定制的分子。

  也许恰当的是,最前沿的电子产品之一 - 超级计算机 - 是从根本上研究复杂半导体材料不可或缺的研究工具。

  最近,德累斯顿工业大学的一个科学家团队使用莱布尼兹超级计算中心的SuperMUC超级计算机来改进其研究有机半导体的方法。

  具体而言,该团队采用了一种称为半导体掺杂的方法,这种方法将杂质有意地引入材料中,使其具有特定的半导体特性。它最近在Nature Materials上发表了它的结果。

  “新型半导体,有机半导体,开始在新设备概念中得到应用,”团队负责人Frank Ortmann博士说。“其中一些已经上市,但有些仍然受到效率低下的限制。我们正在研究兴奋剂机制 - 调整半导体特性的关键技术 - 以了解这些半导体的局限性和各自的效率。”

  当有人更改材料的物理属性时,他或她也会更改其电子属性,从而改变其在电子设备中可以发挥的作用。材料组成的微小变化可能导致材料特性发生重大变化 - 在某些情况下,轻微的原子改变会导致电导率发生1000倍的变化。

  虽然材料特性的变化可能很大,但潜在的力 - 在原子和分子上发挥作用并控制它们的相互作用 - 通常是弱的和短程的(意味着它们组成的分子和原子必须紧密结合在一起) 。因此,为了理解性质的变化,研究人员必须准确计算原子和分子的相互作用以及电子的密度以及它们在分子间的转移方式。

  将特定原子或分子引入材料可以在超局部水平上改变其导电性质。这允许由掺杂材料制成的晶体管在电子器件中起到各种作用,包括路由电流以基于复杂电路执行操作或放大电流以帮助在吉他放大器或无线电中产生声音。

  量子定律控制原子间和分子间相互作用,本质上是将材料结合在一起,反过来,构建我们所知道的世界。在团队的工作中,需要针对单个原子相互作用计算这些复杂的相互作用,包括半导体“主体”分子和掺杂剂分子之间的较大规模的相互作用。

  该团队使用密度泛函理论(DFT) - 一种可以在化学相互作用过程中模拟电子密度和性质的计算方法 - 有效地预测复杂相互作用的多样性。然后,它与来自德累斯顿工业大学和日本冈崎市分子科学研究所的实验家合作,将其模拟与光谱实验进行比较。

  “电导率可以来自许多掺杂剂,并且是一种比原子力更大的长度出现的特性,”奥特曼说。AG娱乐平台“模拟这个过程需要更复杂的传输模型,这些模型只能在高性能计算(HPC)架构上实现。”

  为了测试其计算方法,该团队模拟了已经拥有良好实验数据集和工业应用的材料。研究人员首先关注的是C60,也称为Buckminsterfullerene。

  Buckminsterfullerene用于多种应用,包括太阳能电池。该分子的结构非常类似于足球 - 一种碳原子的球形排列,排列成五边形和六边形,大小小于1纳米。此外,研究模拟了锌酞菁(ZnPc),这是另一种用于光伏发电的分子,但与C60不同,它具有扁平形状并含有金属原子(锌)。

  作为其掺杂剂,该团队首先使用了一种经过充分研究的分子,称为2-Cyc-DMBI(2-环己基 - 二甲基苯并咪唑啉)。2-Cyc-DMBI被认为是n-掺杂剂,意味着它可以向半导体提供剩余电子以增加其导电性。N-掺杂剂相对稀少,因为很少有分子“愿意”放弃电子。在大多数情况下,这样做的分子在化学反应过程中变得不稳定并降解,在这种情况下会导致电子设备故障。2-Cyc-DMBI掺杂剂是例外,因为它们对电子的吸引力足够弱 - 允许它们长距离移动 - 同时在捐赠后保持稳定。

  该团队在模拟和相同分子 - 掺杂剂相互作用的实验观察之间得到了很好的一致。这表明他们可以依靠模拟来指导与半导体掺杂过程相关的预测。他们现在使用相同的方法研究更复杂的分子和掺杂剂。

  尽管取得了这些进展,该团队仍然认识到,下一代超级计算机如SuperMUC-NG--将于2017年12月宣布并将于2018年安装 - 将有助于研究人员扩大其模拟范围,从而提高效率。各种电子应用。

  “我们需要将模拟的准确性推向最大,”奥特曼说。“这将有助于我们扩展适用范围,使我们能够更精确地模拟更广泛的材料或更多原子的更大系统。”

  Ortmann还指出,尽管当前的系统允许团队在特定情况下获得洞察力并证明其概念,但仍有改进的空间。“我们经常受系统内存或CPU功率的限制,”他说。“系统规模和模拟的准确性基本上与计算能力竞争,这就是为什么获得更好的超级计算机很重要的原因。超级计算机非常适合在实际的时间内提供这些问题的答案。”

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