Ученые ИПМаш РАН изучили фундаментальные свойства двумерных материалов нового поколения
Ученые Института проблем машиноведения (ИПМаш) РАН и Уфимского университета науки и технологий с помощью компьютерного моделирования исследовали фундаментальные свойства ряда двумерных хлоридов металлов, которые могут быть перспективны в современных прикладных исследованиях и промышленных проектах. Результаты исследования опубликованы в Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures.
Благодаря своей структуре и уникальным свойствам двумерные материалы служат строительными блоками для множества слоистых и композиционных материалов нового поколения. Ввиду этого, исследование неизученных двумерных структур и модификация кристаллической структуры уже известных являются наиболее развивающимися направлением в современных исследованиях и новых материалов. Для облегчения экспериментальной реализации неизученных структур необходимо правильное предсказание их свойств.
Одним из методов предсказания свойств материалов является компьютерное моделирование на основе теории функционала плотности (ТФП). ТФП -- уникальная квантово-механическая теория, позволяющая осуществлять моделирование материалов и обеспечивающая при этом феноменальное согласие с экспериментальными исследованиями с высокой точностью. Расчёты на основе ТФП являются расчётами первопринципными, то есть для их проведения достаточно просто знать, из каких атомов состоит вещество. Есть немало ярких примеров успешного изготовления 2D-материалов, ранее предсказанных с помощью компьютерного моделирования. Однако известные методы имеют существенный недостаток: они требуют применения колоссальных вычислительных ресурсов, и их практически невозможно использовать без суперкомпьютера.
«Ранее было проведено исследование различных двумерных хлоридов металлов: NiCl2, VCl2, ZnCl2,CdCl2, MnCl2, FeCl2. Исследование хлорида магния MgCl2 является продолжением этой работы. Также нами был исследован двумерный материал 2D Zn2VN3. Все эти материалы были получены путём нарезания на слои их "трёхмерных двойников". Материалы выбирались исходя из того, что материалы похожего состава демонстрировали перспективные для оптоэлектронных применений свойства. Нами было проведено всестороннее исследование динамической и термической устойчивости, а также механизма роста этих структур», - сказал научный сотрудник ИПМаш РАН Степан Щербинин.
Исследованные материалы обладают высокой структурной целостностью против образования дефектов и высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды. Что делает эти материалы перспективными для применения в оптоэлектронных и стрейнтронных наноустройств.
По словам специалистов перспективы применения метода ТФП со временем только растут. Ученые планируют исследовать различные перспективные материалы и отобрать из них тех, что обладают наиболее интересными. Также планируется сотрудничество с экспериментаорами, которые смогут синтезировать предсказанные материалы.