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Semplificare la ricerca sugli ossidi trasparenti conduttivi

Gli ossidi trasparenti conduttivi (TCO) combinano la trasparenza nel dominio del visibile con un’elevata conduttività elettrica, essendo quindi essenziali per applicazioni tecnologiche quali fotovoltaico e schermi tattili. Finora, i tentativi di scoprire alternative più economiche e migliori si sono tuttavia rivelati estremamente costosi in termini di tempo e denaro.
Semplificare la ricerca sugli ossidi trasparenti conduttivi
Il progetto HTFORTCOS (A high-throughput computational search for new transparent conducting oxides), finanziato dall’UE, è stato istituito per eseguire, per la prima volta, ricerche computazionali ad alta velocità per nuovi TCO. Il potente strumento dei calcoli ab initioè stato impiegato per calcolare le proprietà dei materiali su scala molto grande.

Calcolando le proprietà per migliaia di materiali diversi, gli scienziati possono rapidamente selezionare quelli più promettenti ed effettuare esperimenti ad essi applicabili. Fortunatamente, molte importanti proprietà dei TCO, quali trasparenza, mobilità dei portatori e concentrazioni, ora possono essere valutati mediante computer.

I partner del progetto hanno valutato i due tipi di TCO: il tipo n con elettroni come portatori e il tipo p, nel quale mancano degli elettroni, quindi le lacune fungono da portatori. Mentre i TCO di tipo n sono largamente commercializzati e dimostrano buone prestazioni, i TCO di tipo p mostrano una qualità molto scarsa. Tuttavia, la mancanza di buoni TCO di tipo p ostacola lo sviluppo di molte importanti tecnologie future.

Il progetto HTFORTCOS ha identificato diversi nuovi potenziali TCO di tipo p che non sono mai stati considerati come TCO prima d’ora. Da un database di oltre 4 000 ossidi noti, soltanto una manciata soddisfano i criteri per essere un buon TCO di tipo p. Ciò dimostra la potenza del calcolo ad alta velocità in quanto a scoperta di nuovi materiali e risparmio di una quantità enorme di tempo.

I ricercatori possono utilizzare i risultati HTFORTCOS per concentrarsi su promettenti composizioni chimiche identificate mediante calcoli ab initio. Un nuovo TCO di tipo p, ossia il Ba2BiTaO6, è già stato individuato. Inoltre, i dati generati sono stati utilizzati per scoprire le regole di progettazione al fine di ottenere TCO di tipo p con conduttività molto elevata.

Gli esempi includono materiali contenenti un certo tipo di elemento (tin 2+). Questi sono particolarmente inclini a formare TCO di tipo p molto buoni, aumentando così gli sforzi per la ricerca di TCO di tipo p a elevate prestazioni. L’infrastruttura con rendimento elevato è stata inoltre utilizzata per scoprire nuovi TCO di tipo n per alcune applicazioni di nicchia.

Il progetto ha sviluppato con successo una serie di strumenti e strutture per eseguire calcoli automatici relativi a proprietà di interesse per TCO utilizzando una serie di tecniche ab initio. Questo lavoro può essere esteso a molte applicazioni diverse dai TCO, compresi gli assorbitori solari nel settore fotovoltaico e i materiali termoelettrici. Il progetto HTFORTCOS sta inoltre studiando nuovi materiali termoelettrici grazie all’utilizzo della computazione ad alta velocità.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Ossidi trasparenti conduttivi, ricerca computazionale ad alto rendimento, calcoli computazionali ab initio, tipo n e tipo p, HTFORTCO