Descripción del proyecto
Modelización precisa de la fotoexcitación y la dinámica de los estados excitados en las interfaces de los materiales
La irradiación con luz puede inducir una serie de cambios en los materiales. Por ejemplo, la absorción de luz puede desencadenar reacciones fotoquímicas en la superficie de los materiales. Las simulaciones informáticas avanzadas ofrecen información detallada sobre estos procesos, la cual puede guiar el desarrollo de nuevos dispositivos fotónicos con funciones versátiles. En el proyecto PhotoMat, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se pretende desarrollar métodos de gran precisión para la predicción de las fuerzas nucleares en estado excitado, así como de las propiedades y la dinámica en las interfaces de los materiales, los cuales posibilitarán efectuar cálculos de sistemas con tamaños de hasta mil átomos. Los métodos se basarán en la teoría «ab initio» de la función de Green.
Objetivo
The PhotoMat project will develop highly accurate methods for the prediction of excited-state properties and dynamics of materials interfaces based on ab initio Green's function theory in the GW approximation. Insight into the intricate processes unfolding after photoexcitation is crucial to realizing the vision of materials by design. A detailed understanding of experiment requires aid from theory. However, currently there is no computational method available, which can provide reliable excited-state nuclear forces for materials. I propose here to advance the GW-Bethe-Salpeter equation formalism (BSE@GW), which is computationally very expensive. While GW is considered the gold standard for the computation of band structures, the BSE@GW scheme is the method of choice for describing the formation of excitons (bound electron-hole pairs) in materials. I recently contributed to pushing GW to system sizes of up to 1000 atoms, often required to model materials interfaces. I will leverage these advancements to overcome the restriction of BSE@GW to small systems, enabling calculations of similar size. This will be achieved by reducing the scaling of the BSE step with respect to system size combined with an efficient implementation of periodic boundary conditions and optimization of the algorithm for execution on the emerging generation of exascale supercomputers. Excited-state geometry optimization will be enabled by implementing accurate analytic nuclear BSE forces. Non-adiabatic molecular dynamics will be unlocked by combining the low-scaling BSE energies and forces with surface hopping schemes and machine learning potentials. I will employ the newly developed methods to investigate promising candidates for tailored photonic devices. This will include the study of photoisomerization reactions at 2D materials and the formation of charge-transfer excitons in moir structures. PhotoMat is here the crucial link that bridges the divide between theory and experiment.
Ámbito científico (EuroSciVoc)
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
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Palabras clave
Programa(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Régimen de financiación
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitución de acogida
01069 Dresden
Alemania