Harta karun bagi ahli nanoteknologi

Teknologi Nano Cara Canggih untuk Bersihkan Lukisan Antik (Juni 2019).

Anonim

Sebuah tim dari EPFL dan NCCR Marvel telah mengidentifikasi lebih dari 1.000 bahan dengan struktur 2-D yang sangat menarik. Penelitian mereka, yang diterbitkan di Nature Nanotechnlogy, membuka jalan bagi penerapan teknologi inovatif.

Materi 2-D, yang terdiri dari beberapa lapisan atom, dianggap sebagai masa depan nanoteknologi. Mereka menawarkan aplikasi baru yang potensial dan dapat digunakan dalam perangkat kecil, berperforma lebih tinggi, dan lebih hemat energi. Bahan dua dimensi pertama kali ditemukan hampir 15 tahun yang lalu, tetapi hanya beberapa lusin dari mereka yang telah disintesis sejauh ini. Sekarang, berkat pendekatan yang dikembangkan oleh para peneliti dari EPFL's Theory dan Simulation of Materials Laboratory (THEOS) dan dari NCCR-MARVEL untuk Desain Komputasi dan Bahan Novel, banyak bahan 2-D yang lebih menjanjikan dapat diidentifikasi. Pekerjaan mereka baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Nature Nanotechnology.

Material 2-D pertama yang terisolasi adalah graphene, pada tahun 2004, menghasilkan penemunya Hadiah Nobel pada tahun 2010. Ini menandai dimulainya era baru dalam elektronik, karena graphene ringan, transparan dan tangguh dan, di atas semua, konduktor yang baik listrik. Ini membuka jalan untuk aplikasi baru di bidang-bidang seperti photovoltaics dan optoelektronik. "Untuk menemukan bahan lain dengan sifat yang mirip, kami fokus pada kelayakan pengelupasan kulit, " jelas Nicolas Mounet, seorang peneliti di laboratorium THEOS dan penulis utama studi ini. "Tapi bukannya menempelkan perekat pada grafit untuk melihat apakah lapisan-lapisan itu terkelupas, seperti yang dilakukan pemenang Hadiah Nobel, kami menggunakan metode digital."

Para peneliti mengembangkan suatu algoritma untuk meninjau dan menganalisis secara hati-hati struktur lebih dari 100.000 materi 3-D yang dicatat dalam database eksternal. Dari sini, mereka membuat database sekitar 5.600 material 2-D potensial, termasuk lebih dari 1.000 dengan properti yang sangat menjanjikan. Dengan kata lain, mereka telah menciptakan harta karun untuk ahli nanoteknologi.

Untuk membangun basisdata mereka, para peneliti menggunakan proses eliminasi tahap demi tahap. Pertama, mereka mengidentifikasi semua bahan yang terbuat dari lapisan terpisah. "Kami kemudian mempelajari kimia bahan-bahan ini secara lebih rinci dan menghitung energi yang diperlukan untuk memisahkan lapisan, memfokuskan terutama pada bahan di mana interaksi antara atom-atom dari lapisan yang berbeda lemah, sesuatu yang dikenal sebagai ikatan Van der Waals, " kata Marco. Gibertini, seorang peneliti di THEOS dan penulis kedua dari studi ini.

Dari 5.600 bahan yang awalnya diidentifikasi, para peneliti memilih 1.800 struktur yang berpotensi dikelupas, termasuk 1.036 yang terlihat sangat mudah terkelupas. Ini merupakan peningkatan yang cukup besar dalam jumlah materi 2-D yang mungkin diketahui saat ini. Mereka kemudian memilih 258 bahan yang paling menjanjikan, mengkategorikannya sesuai dengan sifat magnetik, elektronik, mekanik, termal dan topologi mereka.

"Studi kami menunjukkan bahwa teknik digital benar-benar dapat meningkatkan penemuan materi baru, " kata Nicola Marzari, direktur NCCR-MARVEL dan seorang profesor di THEOS. "Di masa lalu, ahli kimia harus mulai dari awal dan terus mencoba hal yang berbeda, yang membutuhkan jam kerja lab dan sejumlah keberuntungan. Dengan pendekatan kami, kami dapat menghindari proses yang panjang dan membuat frustasi ini karena kami memiliki alat yang dapat memilih bahan yang layak dipelajari lebih lanjut, memungkinkan kita untuk melakukan penelitian yang lebih terfokus. "

Hal ini juga memungkinkan untuk mereproduksi perhitungan peneliti berkat perangkat lunak mereka AiiDA, yang menggambarkan proses perhitungan untuk setiap materi yang ditemukan dalam bentuk alur kerja dan menyimpan sumber lengkap dari setiap tahap perhitungan. "Tanpa AiiDA, akan sangat sulit untuk menggabungkan dan memproses berbagai jenis data, " kata Giovanni Pizzi, peneliti senior di THEOS dan rekan penulis studi ini. "Alur kerja kami tersedia untuk umum, sehingga siapa pun di dunia dapat mereproduksi perhitungan kami dan menerapkannya ke materi apa pun untuk mengetahui apakah itu dapat dikelupas."

menu
menu