NASLOV: 4D STEM energijsko učinkovitih materialov do kvantne ravni
TRAJANJE: 1. 10. 2022 – 30. 9. 2025
VODJA: prof. dr. Andreja Benčan Golob (K5)
ORGANIZACIJE:
Institut “Jožef Stefan”, IJS: Odsek za elektronsko keramiko – K5, Odsek za nanostrukturne materiale – K7, Odsek za fizikalno in organsko kemijo – K3, Odsek za tehnologije znanja – E8
Kemijski inštitut, KI: Odsek za kemijo materialov, Laboratorij za moderne baterijske sisteme – KI-batt, laboratorij za elektrokatalizo – KI-cat
FINANCERJI: Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije
POVZETEK:
V predlaganem velikem interdisciplinarnem projektu želimo raziskati možnosti uporabe novih 4D STEM tehnik za poglobljeno karakterizacijo izbranih najsodobnejših funkcijskih energijsko učinkovitih materialov. Ob razvoju trajnostne brezogljične družbe so številni funkcijski energijsko učinkoviti materiali našli svoje mesto v nastajajočih zelenih tehnologijah. Li-ionske baterije, elektrokatalizatorji, magnetni in feroelektrični materiali se nahajajo v številnih aplikacijah. Lastnosti kot so napetostna, električna in magnetna polja v kombinaciji s spremembami v atomski strukturi in porazdelitvijo gostote naboja imajo odločilen vpliv na njihovo uporabo. Med številnimi tehnikami karakterizacije materialov, ki omogočajo preučevanje teh lastnosti, izstopa vrstična presevna elektronska mikroskopija (STEM) in zlasti na novo razviti pristopi 4D STEM, s katerimi lahko študiramo posamezne atome do kvantne ravni. V predlaganem projektu bomo vzpostavili 4D STEM metodološko platformo, ki temelji na modelnih materialih in bo podprta s izračuni iz prvih principov in s pristopi strojnega učenja. Ta metodologija bo uporabljena pri funkcijskih materialih za študij napetostnega in električnega polja, pridobivanje kvantitativnih informacij o lokalnih magnetnih momentih, magnetne teksture, za identifikacijo lahkih elementov v vzorcih občutljivih na elektronski snop in za študij porazdelitve gostote naboja. Pridobljeno znanje bo osnova nadaljnjim raziskavam pri razvoju novih funkcijskih materialov z izboljšanimi lastnostmi.
Cilji:
– razvoj osnovne 4D STEM metodološke platforme v kombinaciji z izračuni iz prvih principov (teorija gostotnega funkcionala – DFT) in algoritmi strojnega učenja, ki so primerni za izvedbo analize strukture, različnih polj in porazdelitve gostote naboja do kvantne ravni
– prenos razvite 4D STEM metodološke platforme na tehnološko uporabne, energijsko učinkovite materiale, povezane s posameznimi strokovnimi področji partnerjev.
Delovni sklopi:
DS1: Razvoj in uporaba metodologije 4D STEM za električna, magnetna, napetostna polja, določanje pozicij lahkih elementov in določanje gostote naboja z uporabo izračunov DFT in strojnega učenja
DS2: Študije izbranih energijsko učinkovitih materialov
DS3: Vodenje in diseminacija
