科学家们为纳米技术确定了1,000多种新的二维材料

admin 2018-05-14

EPFL科学家确定了超过1000种2D材料。 ©EPFL / G.Pizzi

来自EPFL和NCCR Marvel的一个团队已经确定了1000多种材料,其中有一个特别有趣的2D结构体。他们的研究成果为自然纳米技术的封面铺平了道路,为开创性的技术应用铺平了道路。

2D材料由几层原子组成,可能是纳米技术的未来。它们提供潜在的新应用,可用于小型,高性能和更节能的设备。二维材料在近15年前首次发现,但迄今仅合成了几十种材料。现在,感谢来自EPFL理论和材料实验室仿真(THEOS)的研究人员以及NCCR-MAR​​VEL为计算设计和新材料发现开发的方法,现在可以确定更多有前途的2D材料。他们的研究成果最近发表在“自然纳米技术”杂志上,甚至在封面上也有提及。

2004年,第一个要分离的2D材料是石墨烯,获得2010年诺贝尔奖的研究人员这标志着电子产品全新时代的开始,因为石墨烯是轻质,透明和有弹性的,并且最重要的是良好的电力导体。它为光伏和光电等众多领域的新应用铺平了道路。研究人员开发了一种算法,用于审查和仔细分析在外部数据库中记录的超过100,000种3D材料的结构。由此,他们创建了约5,600个潜在2D材料的数据库,其中包括超过1,000个具有特别有前途的属性。换句话说,他们为纳米技术专家创造了一个宝库

“为了找到其他具有相似性质的材料,我们专注于剥离的可行性,”THEOS实验室的研究员兼研究的主要作者Nicolas Mounet解释说。 。 “但是,与诺贝尔奖获得者所做的一样,我们不是将粘合剂条放在石墨上以查看层是否剥落,而是使用数字方法。”

分析了超过100,000种材料

研究人员开发了一种算法来审查和仔细分析在外部数据库中记录的100,000多种3D材料的结构。由此,他们创建了约5,600个潜在2D材料的数据库,其中包括超过1,000个具有特别有前途的属性。换句话说,他们为纳米技术专家创造了一个宝库。

要构建他们的数据库,逐步淘汰的过程。首先,他们确定了由不同层组成的所有材料。 “然后,我们更详细地研究了这些材料的化学性质,并计算了分离各层所需的能量,主要关注不同层原子间相互作用较弱的材料,即所谓的范德华键合,”Marco说道。该研究的第二作者Gibertini是该研究的第二作者。

大量2D候选人

在最初确定的5,600种材料中,研究人员挑出了1,800种可能会脱落的结构,其中包括1,036种看起来特别容易脱落的结构。这表明今天已知的可能的2D材料的数量显着增加。然后,他们选择了258种最有前景的材料,并根据它们的磁性,电子,机械,热学和拓扑性质对它们进行了分类

“我们的研究表明,数字技术可以真正促进新材料的发现, “NCCR Marvel总监兼THEOS教授Nicola Marzari说。 “过去,化学家必须从头开始,不断尝试不同的事情,这需要数小时的实验室工作和一定的运气。通过我们的方法,我们可以避免这个漫长而令人沮丧的过程,因为我们有一种工具可以挑选出值得深入研究的材料,使我们能够开展更有针对性的研究。“

由于其软件AiiDA可以重现研究人员的计算结果,该软件描述了在表格中发现的每种材料的计算过程的工作流程并存储每个计算阶段的完整出处。 “如果没有AiiDA,合并和处理不同类型的数据将会非常困难,”THEOS的高级研究员Giovanni Pizzi解释说。 “我们的工作流程向公众开放,所以世界上的任何人都可以重现我们的计算结果,并将其应用于任何材料,以确定它是否可以剥离。”

出版物:Nicolas Mounet等人,“实验已知化合物的高通量计算剥离的二维材料”Nature Nanotechnology,第13卷,第246-252页(2018年)doi:10.1038 / s41565-017-0035-5

来源:Sarah Perrin,EPFL


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