28. marec 2024 (Nanowerk novice) Površinske lastnosti kompleksnih kristalnih materialov je mogoče zanesljivo in samodejno izračunati samo z uporabo osnovnih zakonov fizike, zahvaljujoč novi računalniški metodi. Metoda bi lahko pospešila iskanje novih materialov za pomembne tehnologije, kot so fotovoltaika, baterije ali prenos podatkov. Računalniško podprte metode postajajo vse močnejše orodje pri iskanju novih materialov za ključne tehnologije, kot so fotovoltaika, baterije in prenos podatkov. Prof. dr. Caterina Cocchi in Holger-Dietrich Saßnick z Inštituta za fiziko Univerze v Oldenburgu sta zdaj razvila visoko zmogljivo avtomatizirano metodo za izračun površinskih lastnosti kristalnih materialov, ki se začne neposredno na ravni uveljavljenih zakonov fizike (prva načela). V članku, objavljenem v žurnalu npj računski materiali ("Avtomatizirana analiza površinskih faset: primer cezijevega telurida"), poročajo, da lahko to pospeši iskanje ustreznih materialov za aplikacije na ključnih področjih, kot je energetski sektor. Načrtujejo tudi kombinacijo metode z umetno inteligenco in tehnikami strojnega učenja, da bi dodatno pospešili proces.
Program raziskovalcev iz Oldenburga na podlagi majhne količine osnovnih informacij o strukturi kristala izračuna lastnosti kompleksnih novih materialov. (Slika: Univerza v Oldenburgu / skupina EST) Doslej so se podobne metode osredotočale na razsute materiale in ne na površine, pojasnjujeta fizika. "Vsi pomembni procesi za pretvorbo, proizvodnjo in shranjevanje energije se odvijajo na površinah," pravi Cocchi, ki vodi raziskovalno skupino za teoretično fiziko trdne snovi na Univerzi v Oldenburgu. Vendar pa je izračun materialnih lastnosti površin veliko bolj zahteven kot pri popolnih kristalih, ker imajo površinske fasete pogosto zapleteno strukturo zaradi dejavnikov, kot so napake v kristalni strukturi ali neenakomerna rast kristala, pojasnjuje. Ta zapletenost predstavlja težave za raziskovalce na področju znanosti o materialih: "V poskusih pogosto ni mogoče jasno določiti lastnosti vzorcev," pravi Cocchi. To je motiviralo Cocchi in njenega kolega Saßnicka, da razvijejo avtomatiziran postopek za visokokakovostno pregledovanje značilnosti novih spojin. Rezultat njihovega dela so vključili v računalniški program aim2dat, ki kot vhod zahteva le kemijsko sestavo spojine. Podatki o strukturi kristala so pridobljeni iz obstoječih baz podatkov. Programska oprema nato izračuna pogoje, pod katerimi je površina materiala kemično stabilna. V drugem koraku določa ključne lastnosti, zlasti energijo, ki je potrebna za vzbujanje elektronov v prevodna stanja ali za njihovo ločitev od površine. Ta parameter ima na primer pomembno vlogo pri materialih, ki sončno energijo pretvarjajo v električno. »V naših izračunih ne delamo nobenih predpostavk; uporabljamo samo temeljne enačbe kvantne mehanike, zato so naši rezultati zelo zanesljivi,« pojasnjuje Cocchi. Znanstvenika sta dokazala uporabnost metode z uporabo polprevodnika cezijevega telurida. Kristali tega materiala, ki se uporablja kot vir elektronov v pospeševalnikih delcev, se lahko pojavijo v štirih različnih oblikah. "Sestavo in kakovost vzorcev materiala je v poskusih težko nadzorovati," ugotavlja Saßnick. Kljub temu so raziskovalci iz Oldenburga lahko izvedli podrobno analizo fizikalnih lastnosti za različne konfiguracije kristalov cezijevega telurida. Cocchi in Saßnick sta programsko opremo vdelala v javno dostopno programsko knjižnico, tako da lahko tudi drugi raziskovalci uporabljajo in izboljšajo postopek. »Naša metoda ima velik potencial kot orodje za odkrivanje novih materialov – zlasti fizično in strukturno kompleksnih trdnih snovi – za vse vrste aplikacij v energetskem sektorju,« pravi Cocchi.
Program raziskovalcev iz Oldenburga na podlagi majhne količine osnovnih informacij o strukturi kristala izračuna lastnosti kompleksnih novih materialov. (Slika: Univerza v Oldenburgu / skupina EST) Doslej so se podobne metode osredotočale na razsute materiale in ne na površine, pojasnjujeta fizika. "Vsi pomembni procesi za pretvorbo, proizvodnjo in shranjevanje energije se odvijajo na površinah," pravi Cocchi, ki vodi raziskovalno skupino za teoretično fiziko trdne snovi na Univerzi v Oldenburgu. Vendar pa je izračun materialnih lastnosti površin veliko bolj zahteven kot pri popolnih kristalih, ker imajo površinske fasete pogosto zapleteno strukturo zaradi dejavnikov, kot so napake v kristalni strukturi ali neenakomerna rast kristala, pojasnjuje. Ta zapletenost predstavlja težave za raziskovalce na področju znanosti o materialih: "V poskusih pogosto ni mogoče jasno določiti lastnosti vzorcev," pravi Cocchi. To je motiviralo Cocchi in njenega kolega Saßnicka, da razvijejo avtomatiziran postopek za visokokakovostno pregledovanje značilnosti novih spojin. Rezultat njihovega dela so vključili v računalniški program aim2dat, ki kot vhod zahteva le kemijsko sestavo spojine. Podatki o strukturi kristala so pridobljeni iz obstoječih baz podatkov. Programska oprema nato izračuna pogoje, pod katerimi je površina materiala kemično stabilna. V drugem koraku določa ključne lastnosti, zlasti energijo, ki je potrebna za vzbujanje elektronov v prevodna stanja ali za njihovo ločitev od površine. Ta parameter ima na primer pomembno vlogo pri materialih, ki sončno energijo pretvarjajo v električno. »V naših izračunih ne delamo nobenih predpostavk; uporabljamo samo temeljne enačbe kvantne mehanike, zato so naši rezultati zelo zanesljivi,« pojasnjuje Cocchi. Znanstvenika sta dokazala uporabnost metode z uporabo polprevodnika cezijevega telurida. Kristali tega materiala, ki se uporablja kot vir elektronov v pospeševalnikih delcev, se lahko pojavijo v štirih različnih oblikah. "Sestavo in kakovost vzorcev materiala je v poskusih težko nadzorovati," ugotavlja Saßnick. Kljub temu so raziskovalci iz Oldenburga lahko izvedli podrobno analizo fizikalnih lastnosti za različne konfiguracije kristalov cezijevega telurida. Cocchi in Saßnick sta programsko opremo vdelala v javno dostopno programsko knjižnico, tako da lahko tudi drugi raziskovalci uporabljajo in izboljšajo postopek. »Naša metoda ima velik potencial kot orodje za odkrivanje novih materialov – zlasti fizično in strukturno kompleksnih trdnih snovi – za vse vrste aplikacij v energetskem sektorju,« pravi Cocchi.
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64945.php
