Rechenplattform für Materialanalyse
Nanomaterialien werden für neue Geräte immer wichtiger und dank schneller Fortschritte in der Mikroskopie und Spektroskopie ist es möglich, die elektronische, magnetische und kristallographische Struktur im Nanomaßstab zu charakterisieren. Wissenschaftler haben das von der EU geförderte Projekt MSNANO (A multiple-scattering computing platform for (nano) materials) ins Leben gerufen, um die Analyse der experimentellen Daten mit Blick auf die spätere Entwicklung von Vorhersagemodellen zu unterstützen. Die Forscher entwickelten kostenlos herunterladbare Analysewerkzeuge für die Interpretation der spektroskopischen Verfahren auf der Grundlage der Mehrfachstreuungstheorie (MST). MST ist eine sehr effiziente Methode zur Berechnung elektronischer Eigenschaften von Atomaggregaten und wurde erfolgreich für eine Vielzahl von Themen wie Magnetismus, Transport und Spektroskopie eingesetzt. MSNANO nutzte zahlreiche neue Durchbrüche, um Elektronen mit einem sehr breiten Spektrum an kinetischen Energien anzusprechen (von negativen Werten bis etwa 100 keV), was mit anderen Frameworks, wie z. B. Standard-Elektronik-Strukturmethoden, nicht möglich ist. Außerdem sind die Algorithmen auch für nichtperiodische Strukturen gültig und eignen sich daher besonders gut für neue Nanomaterialien. Der größte Erfolg des Projekts war die Entwicklung eines Schnittstellenpaktes, ES2MS genannt, um selbstkonsistente Ladungsdichte und Potential von elektronischen Strukturcodes auf multiple Streucodes weiterzureichen. In Anbetracht der Tatsache, dass MST auf der Aufteilung des Raums in atomaren Streuzentren basiert, liefert ES2MS die Ladungsdichten und Potentiale für jede Streustelle. Die Partner entwickelten außerdem zahlreiche Algorithmen zur Erweiterung der Möglichkeiten verschiedener Softwarepakete (MsSpec, MXAN, SPR-KKR, FPMS, MSGF und MCMS). Darüber hinaus hat das Team eine präzisere Behandlung von Effekten entwickelt, die durch Standard-MST nicht genau beschrieben werden. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag auf der Bewertung, Kombination und Weiterentwicklung von theoretischen Methoden für starke Elektronenkorrelationseffekte in der Röntgenabsorptionsspektroskopie und der Photoemissionsspektroskopie. Am Ende lieferte MSNANO ein umfangreiches Toolkit mit fortschrittlichem MST-Code, um eine Vielzahl von Materialien über ein breites Spektrum von Energien zu analysieren. Die Algorithmen ermöglichen den Import sowohl von experimentellen als auch elektronischen Strukturdaten und unterstützen die rasche Entwicklung maßgeschneiderter nanostrukturierter Materialien für Geräte der nächsten Generation.
Schlüsselbegriffe
Rechenplattform, Materialanalyse, Spektroskopische Analyse, MSNANO, Mehrfachstreuungstheorie
