Platforma obliczeniowa do analizy materiałowej
Nanomateriały mają coraz większe znaczenie dla nowych urządzeń, a dzięki szybkim postępom w dziedzinie badań mikroskopowych i spektroskopowych możliwe jest teraz określanie struktur elektronicznych, magnetycznych i krystalograficznych w nanoskali. Naukowcy rozpoczęli pracę w ramach finansowanego ze środków UE projektu MSNANO (A multiple-scattering computing platform for (nano) materials) z myślą o ulepszeniu metod analizy danych doświadczalnych i do potencjalnego opracowania modeli predykcyjnych. W tym celu stworzyli dostępne do bezpłatnego pobrania narzędzia do analizy w ramach interpretacji technik spektroskopowych opartych na teorii wielokrotnego rozproszenia (MST, Multiple Scatter Theory). MST to bardzo skuteczna metoda obliczania właściwości elektronicznych zespołów atomów, z powodzeniem stosowana w wielu różnych obszarach, takich jak magnetyzm, transport i spektroskopia. W projekcie MSNANO do zbadania elektronów o bardzo szerokim zakresie energii kinetycznej (od wartości ujemnych do około 100 keV) wykorzystano wiele najnowszych osiągnięć naukowych, co nie było możliwe w przypadku innych technik, takich jak standardowe metody badania struktur elektronicznych. Ponadto algorytmy są prawidłowe również dla struktur nieokresowych, co podkreśla ich przydatność szczególnie w przypadku nowych nanomateriałów. Najważniejszym osiągnięciem projektu było opracowanie interfejsu ES2MS do przekazywania samouzgodnionej gęstości ładunku i potencjału z kodów struktury elektronicznej do kodów struktury wielokrotnie rozproszonej. Ze względu na to, że teoria MST jest oparta na podziale przestrzeni na obszary rozproszenia o wielkości atomu, ES2MS zapewnia gęstość ładunku i potencjał dla każdego obszaru rozproszenia. Partnerzy opracowali również wiele algorytmów obliczeniowych w celu rozszerzenia możliwości różnych istniejących pakietów oprogramowania (MsSpec, MXAN, SPR-KKR, FPMS, MSGF i MCMS). Ponadto zespół opracował również bardziej precyzyjną metodę obsługi skutków, które nie są precyzyjnie opisane w standardowej teorii MST. Inny kierunek badań skupiał się na ocenie, łączeniu i dalszym rozwoju metod teoretycznych analizy oddziaływania silnie skorelowanych elektronów w rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej i spektroskopii fotoemisyjnej. Podsumowując, projekt MSNANO zapewnił kompleksowy zestaw narzędzi opartych na zaawansowanym kodzie MST służących do analizowania wielu różnych materiałów o szerokim zakresie energii. Algorytmy te umożliwiają importowanie danych eksperymentalnych oraz danych struktury elektronicznej, ułatwiając szybkie tworzenie dostosowanych materiałów nanostrukturalnych do użytku w urządzeniach nowej generacji.
Słowa kluczowe
Platforma obliczeniowa, analiza materiałowa, analiza spektroskopowa, MSNANO, teoria wielokrotnego rozproszenia
