Ngày 28 tháng 2024 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Các tính chất bề mặt của vật liệu tinh thể phức tạp có thể được tính toán một cách đáng tin cậy và tự động chỉ bằng cách sử dụng các định luật vật lý cơ bản nhờ một phương pháp mới dựa trên máy tính. Phương pháp này có thể tăng tốc độ tìm kiếm vật liệu mới cho các công nghệ quan trọng như quang điện, pin hoặc truyền dữ liệu. Các phương pháp có sự hỗ trợ của máy tính cũng ngày càng trở nên mạnh mẽ trong việc tìm kiếm vật liệu mới cho các công nghệ chủ chốt như quang điện, pin và truyền dữ liệu. Giáo sư Tiến sĩ Caterina Cocchi và Holger-Dietrich Saßnick từ Viện Vật lý của Đại học Oldenburg hiện đã phát triển một phương pháp tự động hóa thông lượng cao để tính toán các tính chất bề mặt của vật liệu tinh thể bắt đầu trực tiếp ở cấp độ của các định luật vật lý đã được thiết lập (các nguyên tắc đầu tiên). Trong một bài viết đăng trên tạp chí tài liệu tính toán npj (“Phân tích tự động các bề mặt: ví dụ về Caesium Telluride”), họ báo cáo rằng điều này có thể tăng tốc độ tìm kiếm các vật liệu liên quan cho các ứng dụng trong các lĩnh vực then chốt như lĩnh vực năng lượng. Họ cũng có kế hoạch kết hợp phương pháp này với trí tuệ nhân tạo và kỹ thuật học máy để đẩy nhanh hơn nữa quá trình.
Dựa trên một lượng nhỏ thông tin cơ bản về cấu trúc của tinh thể, chương trình của các nhà nghiên cứu Oldenburg tính toán các đặc tính của vật liệu mới phức tạp. (Ảnh: Đại học Oldenburg / nhóm EST) Cho đến nay, các phương pháp tương tự đã tập trung vào các vật liệu khối hơn là các bề mặt, hai nhà vật lý giải thích. Cocchi, người đứng đầu nhóm nghiên cứu Vật lý chất rắn lý thuyết tại Đại học Oldenburg, cho biết: “Tất cả các quá trình liên quan đến chuyển đổi, sản xuất và lưu trữ năng lượng đều diễn ra trên các bề mặt”. Tuy nhiên, việc tính toán các đặc tính vật liệu của bề mặt khó khăn hơn nhiều so với các tinh thể hoàn chỉnh vì các mặt bề mặt thường có cấu trúc phức tạp do các yếu tố như khiếm khuyết trong cấu trúc tinh thể hoặc sự phát triển không đồng đều của tinh thể, cô giải thích. Cocchi cho biết, sự phức tạp này đặt ra vấn đề cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học vật liệu: “Thường không thể xác định rõ ràng các đặc tính của mẫu trong thí nghiệm”. Điều này đã thúc đẩy Cocchi và đồng nghiệp Saßnick của cô phát triển một quy trình tự động để sàng lọc chất lượng cao các đặc tính của hợp chất mới. Kết quả công việc của họ đã được đưa vào chương trình máy tính aim2dat, chương trình này chỉ yêu cầu thành phần hóa học của hợp chất làm đầu vào. Thông tin về cấu trúc của tinh thể được trích xuất từ cơ sở dữ liệu hiện có. Sau đó, phần mềm sẽ tính toán các điều kiện để bề mặt vật liệu ổn định về mặt hóa học. Ở bước thứ hai, nó xác định các đặc tính quan trọng, đặc biệt là năng lượng cần thiết để kích thích các electron chuyển sang trạng thái dẫn điện hoặc tự tách chúng ra khỏi bề mặt. Thông số này đóng vai trò quan trọng trong các vật liệu chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng chẳng hạn. “Chúng tôi không đưa ra bất kỳ giả định nào trong tính toán của mình; chúng tôi chỉ sử dụng các phương trình cơ bản của cơ học lượng tử, đó là lý do tại sao kết quả của chúng tôi rất đáng tin cậy,” Cocchi giải thích. Hai nhà khoa học đã chứng minh khả năng ứng dụng của phương pháp sử dụng chất bán dẫn Caesium Telluride. Các tinh thể của vật liệu này, được sử dụng làm nguồn điện tử trong máy gia tốc hạt, có thể tồn tại ở bốn dạng khác nhau. Saßnick lưu ý: “Thành phần và chất lượng của các mẫu vật liệu rất khó kiểm soát trong các thí nghiệm”. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu ở Oldenburg đã có thể thực hiện phân tích chi tiết về các tính chất vật lý đối với các cấu hình khác nhau của tinh thể Caesium Telluride. Cocchi và Saßnick đã nhúng phần mềm vào thư viện chương trình có thể truy cập công khai để các nhà nghiên cứu khác cũng có thể sử dụng và cải tiến quy trình. Cocchi cho biết: “Phương pháp của chúng tôi có tiềm năng lớn làm công cụ khám phá các vật liệu mới – và đặc biệt là các chất rắn phức tạp về mặt vật lý và cấu trúc – cho mọi loại ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng”.
Dựa trên một lượng nhỏ thông tin cơ bản về cấu trúc của tinh thể, chương trình của các nhà nghiên cứu Oldenburg tính toán các đặc tính của vật liệu mới phức tạp. (Ảnh: Đại học Oldenburg / nhóm EST) Cho đến nay, các phương pháp tương tự đã tập trung vào các vật liệu khối hơn là các bề mặt, hai nhà vật lý giải thích. Cocchi, người đứng đầu nhóm nghiên cứu Vật lý chất rắn lý thuyết tại Đại học Oldenburg, cho biết: “Tất cả các quá trình liên quan đến chuyển đổi, sản xuất và lưu trữ năng lượng đều diễn ra trên các bề mặt”. Tuy nhiên, việc tính toán các đặc tính vật liệu của bề mặt khó khăn hơn nhiều so với các tinh thể hoàn chỉnh vì các mặt bề mặt thường có cấu trúc phức tạp do các yếu tố như khiếm khuyết trong cấu trúc tinh thể hoặc sự phát triển không đồng đều của tinh thể, cô giải thích. Cocchi cho biết, sự phức tạp này đặt ra vấn đề cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học vật liệu: “Thường không thể xác định rõ ràng các đặc tính của mẫu trong thí nghiệm”. Điều này đã thúc đẩy Cocchi và đồng nghiệp Saßnick của cô phát triển một quy trình tự động để sàng lọc chất lượng cao các đặc tính của hợp chất mới. Kết quả công việc của họ đã được đưa vào chương trình máy tính aim2dat, chương trình này chỉ yêu cầu thành phần hóa học của hợp chất làm đầu vào. Thông tin về cấu trúc của tinh thể được trích xuất từ cơ sở dữ liệu hiện có. Sau đó, phần mềm sẽ tính toán các điều kiện để bề mặt vật liệu ổn định về mặt hóa học. Ở bước thứ hai, nó xác định các đặc tính quan trọng, đặc biệt là năng lượng cần thiết để kích thích các electron chuyển sang trạng thái dẫn điện hoặc tự tách chúng ra khỏi bề mặt. Thông số này đóng vai trò quan trọng trong các vật liệu chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng chẳng hạn. “Chúng tôi không đưa ra bất kỳ giả định nào trong tính toán của mình; chúng tôi chỉ sử dụng các phương trình cơ bản của cơ học lượng tử, đó là lý do tại sao kết quả của chúng tôi rất đáng tin cậy,” Cocchi giải thích. Hai nhà khoa học đã chứng minh khả năng ứng dụng của phương pháp sử dụng chất bán dẫn Caesium Telluride. Các tinh thể của vật liệu này, được sử dụng làm nguồn điện tử trong máy gia tốc hạt, có thể tồn tại ở bốn dạng khác nhau. Saßnick lưu ý: “Thành phần và chất lượng của các mẫu vật liệu rất khó kiểm soát trong các thí nghiệm”. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu ở Oldenburg đã có thể thực hiện phân tích chi tiết về các tính chất vật lý đối với các cấu hình khác nhau của tinh thể Caesium Telluride. Cocchi và Saßnick đã nhúng phần mềm vào thư viện chương trình có thể truy cập công khai để các nhà nghiên cứu khác cũng có thể sử dụng và cải tiến quy trình. Cocchi cho biết: “Phương pháp của chúng tôi có tiềm năng lớn làm công cụ khám phá các vật liệu mới – và đặc biệt là các chất rắn phức tạp về mặt vật lý và cấu trúc – cho mọi loại ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng”.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64945.php
