28년 2024월 XNUMX일(나노 워크 뉴스) 복잡한 결정질 재료의 표면 특성은 새로운 컴퓨터 기반 방법 덕분에 물리학의 기본 법칙만을 사용하여 안정적이고 자동으로 계산될 수 있습니다. 이 방법은 광전지, 배터리 또는 데이터 전송과 같은 중요한 기술을 위한 새로운 재료 검색 속도를 높일 수 있습니다. 컴퓨터를 이용한 방법은 광전지, 배터리, 데이터 전송과 같은 핵심 기술을 위한 새로운 재료를 찾는 데 있어서 점점 더 강력해지고 있습니다. 올덴부르크 대학교 물리학 연구소의 Caterina Cocchi 교수와 Holger-Dietrich Saßnick 교수는 이제 확립된 물리 법칙(제1 원리) 수준에서 직접 시작하여 결정질 재료의 표면 특성을 계산하는 처리량이 높은 자동화 방법을 개발했습니다. 저널에 실린 기사에서 npj 계산 재료 ("표면 패싯의 자동 분석: 세슘 텔루라이드의 예"), 그들은 이를 통해 에너지 부문과 같은 핵심 분야의 응용 분야에 대한 관련 자료 검색 속도를 높일 수 있다고 보고합니다. 또한 이 방법을 인공 지능 및 기계 학습 기술과 결합하여 프로세스를 더욱 가속화할 계획입니다.
결정 구조에 대한 소량의 기본 정보를 기반으로 Oldenburg 연구원의 프로그램은 복잡한 신소재의 특성을 계산합니다. (이미지: 올덴부르크 대학/EST 그룹) 지금까지 유사한 방법은 표면보다는 벌크 재료에 초점을 맞추었다고 두 물리학자는 설명합니다. "에너지 변환, 생산 및 저장과 관련된 모든 과정은 표면에서 발생합니다"라고 올덴부르크 대학의 이론 고체 물리학 연구 그룹을 이끄는 Cocchi는 말합니다. 그러나 표면의 재료 특성을 계산하는 것은 완전한 결정의 경우보다 훨씬 더 어렵습니다. 표면 면은 결정 구조의 결함이나 결정의 고르지 못한 성장과 같은 요인으로 인해 복잡한 구조를 갖는 경우가 많기 때문입니다. 이러한 복잡성은 재료 과학 분야의 연구자들에게 문제를 제기합니다. Cocchi는 "실험에서 샘플의 특성을 명확하게 결정하는 것이 종종 불가능합니다"라고 말했습니다. 이로 인해 Cocchi와 그녀의 동료 Saßnick은 새로운 화합물의 특성에 대한 고품질 스크리닝을 위한 자동화된 절차를 개발하게 되었습니다. 그들의 작업 결과는 aim2dat 컴퓨터 프로그램에 통합되었으며, 입력으로 화합물의 화학적 조성만 필요합니다. 크리스탈 구조에 대한 정보는 기존 데이터베이스에서 추출됩니다. 그런 다음 소프트웨어는 재료 표면이 화학적으로 안정한 조건을 계산합니다. 두 번째 단계에서는 주요 특성, 특히 전자를 전도 상태로 여기시키거나 표면에서 분리하는 데 필요한 에너지를 결정합니다. 이 매개변수는 예를 들어 태양 에너지를 전기로 변환하는 재료에서 중요한 역할을 합니다. “우리는 계산할 때 어떤 가정도 하지 않습니다. 우리는 양자 역학의 기본 방정식만을 사용하기 때문에 결과가 매우 신뢰할 수 있습니다.”라고 Cocchi는 설명합니다. 두 과학자는 반도체 세슘 텔루라이드를 이용한 방법의 적용 가능성을 입증했다. 입자 가속기에서 전자 소스로 사용되는 이 물질의 결정은 네 가지 다른 형태로 나타날 수 있습니다. "재료 샘플의 구성과 품질은 실험에서 제어하기 어렵습니다."라고 Saßnick은 말합니다. 그럼에도 불구하고 올덴부르크 연구진은 세슘 텔루르화물 결정의 다양한 구성에 대한 물리적 특성에 대한 자세한 분석을 수행할 수 있었습니다. Cocchi와 Saßnick은 다른 연구자들도 이 절차를 사용하고 개선할 수 있도록 공개적으로 접근 가능한 프로그램 라이브러리에 소프트웨어를 내장했습니다. Cocchi는 “우리 방법은 에너지 부문의 모든 응용 분야에 대해 새로운 재료, 특히 물리적, 구조적으로 복잡한 고체를 발견하기 위한 도구로서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.”라고 말합니다.
결정 구조에 대한 소량의 기본 정보를 기반으로 Oldenburg 연구원의 프로그램은 복잡한 신소재의 특성을 계산합니다. (이미지: 올덴부르크 대학/EST 그룹) 지금까지 유사한 방법은 표면보다는 벌크 재료에 초점을 맞추었다고 두 물리학자는 설명합니다. "에너지 변환, 생산 및 저장과 관련된 모든 과정은 표면에서 발생합니다"라고 올덴부르크 대학의 이론 고체 물리학 연구 그룹을 이끄는 Cocchi는 말합니다. 그러나 표면의 재료 특성을 계산하는 것은 완전한 결정의 경우보다 훨씬 더 어렵습니다. 표면 면은 결정 구조의 결함이나 결정의 고르지 못한 성장과 같은 요인으로 인해 복잡한 구조를 갖는 경우가 많기 때문입니다. 이러한 복잡성은 재료 과학 분야의 연구자들에게 문제를 제기합니다. Cocchi는 "실험에서 샘플의 특성을 명확하게 결정하는 것이 종종 불가능합니다"라고 말했습니다. 이로 인해 Cocchi와 그녀의 동료 Saßnick은 새로운 화합물의 특성에 대한 고품질 스크리닝을 위한 자동화된 절차를 개발하게 되었습니다. 그들의 작업 결과는 aim2dat 컴퓨터 프로그램에 통합되었으며, 입력으로 화합물의 화학적 조성만 필요합니다. 크리스탈 구조에 대한 정보는 기존 데이터베이스에서 추출됩니다. 그런 다음 소프트웨어는 재료 표면이 화학적으로 안정한 조건을 계산합니다. 두 번째 단계에서는 주요 특성, 특히 전자를 전도 상태로 여기시키거나 표면에서 분리하는 데 필요한 에너지를 결정합니다. 이 매개변수는 예를 들어 태양 에너지를 전기로 변환하는 재료에서 중요한 역할을 합니다. “우리는 계산할 때 어떤 가정도 하지 않습니다. 우리는 양자 역학의 기본 방정식만을 사용하기 때문에 결과가 매우 신뢰할 수 있습니다.”라고 Cocchi는 설명합니다. 두 과학자는 반도체 세슘 텔루라이드를 이용한 방법의 적용 가능성을 입증했다. 입자 가속기에서 전자 소스로 사용되는 이 물질의 결정은 네 가지 다른 형태로 나타날 수 있습니다. "재료 샘플의 구성과 품질은 실험에서 제어하기 어렵습니다."라고 Saßnick은 말합니다. 그럼에도 불구하고 올덴부르크 연구진은 세슘 텔루르화물 결정의 다양한 구성에 대한 물리적 특성에 대한 자세한 분석을 수행할 수 있었습니다. Cocchi와 Saßnick은 다른 연구자들도 이 절차를 사용하고 개선할 수 있도록 공개적으로 접근 가능한 프로그램 라이브러리에 소프트웨어를 내장했습니다. Cocchi는 “우리 방법은 에너지 부문의 모든 응용 분야에 대해 새로운 재료, 특히 물리적, 구조적으로 복잡한 고체를 발견하기 위한 도구로서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.”라고 말합니다.
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- 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64945.php
