28 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) 新しいコンピューターベースの方法により、複雑な結晶材料の表面特性を、基本的な物理法則のみを使用して確実かつ自動的に計算できます。この方法により、太陽光発電、電池、データ伝送などの重要な技術のための新材料の探索が迅速化される可能性がある。太陽光発電、電池、データ伝送などの主要技術のための新材料の探索においても、コンピュータ支援による手法がますます強力になってきています。オルデンブルク大学物理学研究所のカテリーナ・コッキ教授とホルガー・ディートリッヒ・サスニック教授は、確立された物理法則（第一原理）のレベルから直接開始して結晶材料の表面特性を計算するハイスループットの自動化手法を開発した。雑誌に掲載された記事で npj計算材料 (「表面ファセットの自動分析: テルル化セシウムの例」）、これにより、エネルギー分野などの主要分野での用途に関連する材料の検索が迅速化できると報告しています。彼らはまた、この方法を人工知能および機械学習技術と組み合わせて、プロセスをさらに加速することも計画しています。
オルデンバーグの研究者のプログラムは、結晶の構造に関する少量の基本情報に基づいて、複雑な新材料の特性を計算します。 (画像: オルデンブルク大学 / EST グループ) これまで同様の手法は、表面ではなくバルク材料に焦点を当てていたと 2 人の物理学者は説明します。 「エネルギー変換、生産、貯蔵に関連するすべてのプロセスは表面で発生します」と、オルデンブルク大学の理論固体物理学研究グループを率いるコッチ氏は言います。しかし、結晶構造の欠陥や結晶の不均一な成長などの要因により、表面ファセットは複雑な構造をしていることが多いため、表面の材料特性を計算することは、完全な結晶よりもはるかに困難であると彼女は説明します。この複雑さは、材料科学分野の研究者にとって問題を引き起こします。「実験ではサンプルの特性を明確に判断できないことがよくあります」とコッチ氏は言います。これをきっかけに、Cocchi と同僚の Saßnick は、新しい化合物の特性を高品質にスクリーニングするための自動化手順を開発しました。彼らの研究の結果は、化合物の化学組成のみを入力として必要とする、aimXNUMXdat コンピューター プログラムに組み込まれました。結晶の構造に関する情報は既存のデータベースから抽出されます。次に、ソフトウェアは材料の表面が化学的に安定する条件を計算します。第 XNUMX ステップでは、重要な特性、特に電子を励起して伝導状態にするか、表面から電子を分離するのに必要なエネルギーを決定します。このパラメータは、たとえば太陽エネルギーを電気に変換する材料において重要な役割を果たします。 「私たちは計算にいかなる仮定も立てません。私たちは量子力学の基本方程式のみを使用しているため、結果は非常に信頼性があります」と Cocchi 氏は説明します。 XNUMX 人の科学者は、半導体テルル化セシウムを使用してこの方法の適用可能性を実証しました。粒子加速器の電子源として使用されるこの物質の結晶は、XNUMX つの異なる形態で発生します。 「材料サンプルの組成と品質を実験で制御するのは困難です」とサスニック氏は指摘します。それにもかかわらず、オルデンバーグの研究者らは、テルル化セシウム結晶のさまざまな構成の物理的特性の詳細な分析を実行することができました。 Cocchi と Saßnick は、他の研究者も手順を使用して改善できるように、一般にアクセスできるプログラム ライブラリにソフトウェアを埋め込みました。 「私たちの手法は、エネルギー分野のあらゆる種類の用途向けに、新しい材料、特に物理的および構造的に複雑な固体を発見するためのツールとして大きな可能性を秘めています」と Cocchi 氏は言います。
オルデンバーグの研究者のプログラムは、結晶の構造に関する少量の基本情報に基づいて、複雑な新材料の特性を計算します。 (画像: オルデンブルク大学 / EST グループ) これまで同様の手法は、表面ではなくバルク材料に焦点を当てていたと 2 人の物理学者は説明します。 「エネルギー変換、生産、貯蔵に関連するすべてのプロセスは表面で発生します」と、オルデンブルク大学の理論固体物理学研究グループを率いるコッチ氏は言います。しかし、結晶構造の欠陥や結晶の不均一な成長などの要因により、表面ファセットは複雑な構造をしていることが多いため、表面の材料特性を計算することは、完全な結晶よりもはるかに困難であると彼女は説明します。この複雑さは、材料科学分野の研究者にとって問題を引き起こします。「実験ではサンプルの特性を明確に判断できないことがよくあります」とコッチ氏は言います。これをきっかけに、Cocchi と同僚の Saßnick は、新しい化合物の特性を高品質にスクリーニングするための自動化手順を開発しました。彼らの研究の結果は、化合物の化学組成のみを入力として必要とする、aimXNUMXdat コンピューター プログラムに組み込まれました。結晶の構造に関する情報は既存のデータベースから抽出されます。次に、ソフトウェアは材料の表面が化学的に安定する条件を計算します。第 XNUMX ステップでは、重要な特性、特に電子を励起して伝導状態にするか、表面から電子を分離するのに必要なエネルギーを決定します。このパラメータは、たとえば太陽エネルギーを電気に変換する材料において重要な役割を果たします。 「私たちは計算にいかなる仮定も立てません。私たちは量子力学の基本方程式のみを使用しているため、結果は非常に信頼性があります」と Cocchi 氏は説明します。 XNUMX 人の科学者は、半導体テルル化セシウムを使用してこの方法の適用可能性を実証しました。粒子加速器の電子源として使用されるこの物質の結晶は、XNUMX つの異なる形態で発生します。 「材料サンプルの組成と品質を実験で制御するのは困難です」とサスニック氏は指摘します。それにもかかわらず、オルデンバーグの研究者らは、テルル化セシウム結晶のさまざまな構成の物理的特性の詳細な分析を実行することができました。 Cocchi と Saßnick は、他の研究者も手順を使用して改善できるように、一般にアクセスできるプログラム ライブラリにソフトウェアを埋め込みました。 「私たちの手法は、エネルギー分野のあらゆる種類の用途向けに、新しい材料、特に物理的および構造的に複雑な固体を発見するためのツールとして大きな可能性を秘めています」と Cocchi 氏は言います。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64945.php
