Supertietokone selittää säteilyvauriot epäorgaanisissa 2D-materiaaleissa

Elektronimikroskoopissa energeettiset elektronit voivat näytteeseen törmätessään potkaista atomit pois paikoiltaan.

Dosentti Arkady Krasheninnikovin johtamalle hankkeelle myönnettiin 16 miljoonaa keskusyksikkötuntia saksalaisella Hazel Hen -supertietokoneella. Tutkimusryhmä simuloi tietokoneella säteilytyksen vaikutuksia kaksiulotteisiin (2D) materiaaleihin kuten siirtymämetalli-dikalkogenideihin.

2D-materiaalit ovat viime aikoina olleet materiaalitutkimuksen keskiössä niiden erityisten ominaisuuksien ja potentiaalisten sovelluksien vuoksi. Niihin kuuluvilla siirtymämetalli-dikalkogenideilla on valtavasti käyttöpotentiaalia nanoelektroniikalle, fotoniikalle ja energiasovelluksille johtuen niiden elektronisten, optisten ja mekaanisten ominaisuuksien ainutlaatuisesta yhdistelmästä.

2D-materiaaleja tarkastellaan nykyään tavanomaisesti läpäisyelektronimikroskooppien avulla. Kuvantamisessa käytetyt energeettiset elektronit vahingoittavat näytteitä, mitä voi käyttää myös hyödyksi. Siksi energeettisten elektronien ja aineen vuorovaikutuksen ymmärtäminen on avainasemassa materiaalien rakennetta ja ominaisuuksia suunniteltaessa.

”Vaikka elektronisuihku vaurioittaakin epäorgaanista näytettä, tavoitteenamme on optimoida elektronien ja epäorgaanisen materiaalin vuorovaikutusta, ja jopa hyödyntää syntyvää vahinkoa”, selittää hankkeeseen osallistuva akatemiatutkija Hannu-Pekka Komsa.

Tulokset selittävät nimenomaan säteilyvaurion kehittymistä epäorgaanisissa elektronisuihkulle altistetuissa 2D-materiaaleissa ja osoittavat uusia lähestymistapoja elektronisuihkua hyödyntävään materiaalien ominaisuuksien suunnitteluun tai ehkä jopa uusien materiaalien luontiin.

Tiivis yhteistyö useiden johtavien koeryhmien kanssa mahdollistaa välittömän todentamisen ja teoreettisten käsitteiden käyttöönoton huipputason kokeissa.

Lisätietoa:
Akatemiatutkija Hannu-Pekka Komsa
Electronic Properties of Materials
Teknillisen fysiikan laitos
hannu-pekka.komsa@aalto.fi