Description du projet
Modéliser avec précision la photoexcitation et la dynamique des états excités aux interfaces des matériaux
L’irradiation par la lumière peut induire divers changements dans les matériaux. Ainsi, l’absorption de la lumière peut déclencher des réactions photochimiques sur les surfaces. Des simulations informatiques avancées fournissent des informations détaillées concernant ces processus, qui peuvent guider le développement de nouveaux dispositifs photoniques dotés de fonctions polyvalentes. Le projet PhotoMat, financé par le CER, se propose de développer des méthodes très précises de prédiction des forces nucléaires à l’état excité et des propriétés et dynamiques aux interfaces des matériaux, ce qui permettra d’effectuer des calculs pour des tailles de systèmes allant jusqu’à 1 000 atomes. Ces méthodes seront basées sur la théorie ab initio de la fonction de Green.
Objectif
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.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN.
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Mots‑clés
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Régime de financement
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
01069 Dresden
Allemagne