Una piattaforma informatica per l’analisi dei materiali
I nanomateriali sono risorse sempre più importanti per i nuovi dispositivi. I rapidi progressi nel settore della microscopia e della spettroscopia rendono attualmente possibile la caratterizzazione della struttura elettronica, magnetica e cristallografica su nanoscala. Gli scienziati hanno avviato il progetto MSNANO (A multiple-scattering computing platform for (nano) materials), finanziato dall’UE, per sostenere l’analisi dei dati sperimentali rivolgendo la propria attenzione allo sviluppo eventuale di modelli predittivi. I ricercatori hanno creato strumenti di analisi scaricabili gratuitamente per l’interpretazione di tecniche spettroscopiche basate sulla teoria della diffusione multipla (multiple scattering theory, MST), vale a dire un metodo estremamente efficace per il calcolo delle proprietà elettroniche dei gruppi di atomi che si presta a essere adeguatamente applicato a una varietà di argomenti, tra cui magnetismo, trasporto e spettroscopia. L’iniziativa MSNANO ha tratto vantaggio da numerosi sviluppi recenti tesi alla gestione degli elettroni con una gamma estremamente ampia di energie cinetiche (da valori negativi a circa 100 keV), che rappresenta un’attività non realizzabile con altre infrastrutture, come ad esempio i metodi basati sulle strutture elettroniche standard. Inoltre gli algoritmi risultano validi anche per le strutture non periodiche e ciò li rende particolarmente adatti ai nuovi nanomateriali. Il principale risultato del progetto è stato lo sviluppo di un pacchetto di interfaccia chiamato ES2MS per trasferire la densità di carica autoconsistente e il potenziale dai codici della struttura elettronica ai codici di diffusione multipli. Poiché la MST è basata sulla ripartizione dello spazio nei siti di diffusione a grandezza atomica, ES2MS fornisce le densità di carico e potenziali per ogni diffusione. I partner hanno sviluppato numerosi algoritmi di calcolo per estendere le capacità di una varietà di pacchetti software esistenti (MsSpec, MXAN, SPR-KKR, FPMS, MSGF e MCMS). Inoltre, il team ha anche sviluppato un trattamento più preciso degli effetti che non vengono descritti in modo accurato dalla teoria della diffusione multipla standard. Un altro filone di indagini consisteva nella valutazione, nella combinazione e nell’ulteriore sviluppo di metodi teorici per gli effetti delle forti correlazioni elettroniche nella spettroscopia ad assorbimento di raggi X e la spettroscopia fotoelettronica. L’iniziativa MSNANO ha fornito una serie completa di strumenti basati su codice MST avanzato finalizzati all’analisi di una grande varietà di materiali in un’ampia gamma di energie. Gli algoritmi consentono di importare dati di strutture sia sperimentali sia elettroniche, che sosterranno il rapido sviluppo di materiali nanostrutturati su misura per i dispositivi di prossima generazione.
