28 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerk新聞）得益於一種新的基於計算機的方法，僅使用基本物理定律就可以可靠且自動地計算複雜晶體材料的表面特性。此方法可加速尋找用於光伏、電池或數據傳輸等重要技術的新材料。電腦輔助方法正在成為尋找用於光伏、電池和數據傳輸等關鍵技術的新材料的日益強大的工具。奧爾登堡大學物理研究所的 Caterina Cocchi 教授博士和 Holger-Dietrich Saßnick 現在開發了一種高通量自動化方法，可以直接從既定物理定律（第一原理）的水平開始計算晶體材料的表面特性。在雜誌上發表的一篇文章中 npj 計算材料 (“表面刻面的自動分析：碲化銫的例子”），他們報告說，這可以加快尋找適用於能源領域等關鍵領域的相關資料。他們還計劃將該方法與人工智慧和機器學習技術相結合，以進一步加快這一進程。
奧爾登堡研究人員的程序基於有關晶體結構的少量基本信息，計算了複雜新材料的特性。 （圖：奧爾登堡大學/EST 小組）兩位物理學家解釋說，到目前為止，類似的方法主要集中在散裝材料而不是表面。 「能量轉換、生產和儲存的所有相關過程都發生在表面上，」奧爾登堡大學理論固體物理研究小組負責人科奇說。然而，計算表面的材料特性比完整晶體更具挑戰性，因為由於晶體結構缺陷或晶體生長不均勻等因素，表面刻面通常具有複雜的結構，她解釋道。這種複雜性給材料科學領域的研究人員帶來了問題：「通常不可能在實驗中清楚地確定樣品的特性，」科奇說。這促使 Cocchi 和她的同事 Saßnick 開發了一種自動化程序，用於高品質篩選新化合物的特性。他們的工作結果被納入aim2dat電腦程式中，該程式只需要化合物的化學成分作為輸入。有關晶體結構的資訊是從現有資料庫中提取的。然後軟體計算材料表面化學穩定的條件。在第二步驟中，它確定關鍵屬性，特別是激發電子進入傳導狀態或從表面分離所需的能量。例如，該參數在將太陽能轉換為電能的材料中發揮重要作用。 「我們在計算中不做任何假設；我們只使用量子力學的基本方程，這就是為什麼我們的結果非常可靠。」Cocchi 解釋道。兩位科學家利用半導體碲化銫證明了此方法的適用性。這種材料的晶體用作粒子加速器中的電子源，可以以四種不同的形式出現。 「材料樣本的成分和品質在實驗中很難控制，」Saßnick 指出。儘管如此，奧登堡的研究人員能夠對碲化銫晶體的不同結構的物理性質進行詳細分析。 Cocchi 和 Saßnick 已將軟體嵌入到可公開存取的程式庫中，以便其他研究人員也可以使用和改進該程式。 「我們的方法作為發現新材料（特別是物理和結構複雜固體）的工具具有巨大的潛力，可用於能源領域的各種應用，」Cocchi 說。
奧爾登堡研究人員的程序基於有關晶體結構的少量基本信息，計算了複雜新材料的特性。 （圖：奧爾登堡大學/EST 小組）兩位物理學家解釋說，到目前為止，類似的方法主要集中在散裝材料而不是表面。 「能量轉換、生產和儲存的所有相關過程都發生在表面上，」奧爾登堡大學理論固體物理研究小組負責人科奇說。然而，計算表面的材料特性比完整晶體更具挑戰性，因為由於晶體結構缺陷或晶體生長不均勻等因素，表面刻面通常具有複雜的結構，她解釋道。這種複雜性給材料科學領域的研究人員帶來了問題：「通常不可能在實驗中清楚地確定樣品的特性，」科奇說。這促使 Cocchi 和她的同事 Saßnick 開發了一種自動化程序，用於高品質篩選新化合物的特性。他們的工作結果被納入aim2dat電腦程式中，該程式只需要化合物的化學成分作為輸入。有關晶體結構的資訊是從現有資料庫中提取的。然後軟體計算材料表面化學穩定的條件。在第二步驟中，它確定關鍵屬性，特別是激發電子進入傳導狀態或從表面分離所需的能量。例如，該參數在將太陽能轉換為電能的材料中發揮重要作用。 「我們在計算中不做任何假設；我們只使用量子力學的基本方程，這就是為什麼我們的結果非常可靠。」Cocchi 解釋道。兩位科學家利用半導體碲化銫證明了此方法的適用性。這種材料的晶體用作粒子加速器中的電子源，可以以四種不同的形式出現。 「材料樣本的成分和品質在實驗中很難控制，」Saßnick 指出。儘管如此，奧登堡的研究人員能夠對碲化銫晶體的不同結構的物理性質進行詳細分析。 Cocchi 和 Saßnick 已將軟體嵌入到可公開存取的程式庫中，以便其他研究人員也可以使用和改進該程式。 「我們的方法作為發現新材料（特別是物理和結構複雜固體）的工具具有巨大的潛力，可用於能源領域的各種應用，」Cocchi 說。
