Beyond DFT: Accurate Simulations of Low Dimensional Materials For Energy and Device Applications
超越 DFT:能源和设备应用中低维材料的精确模拟
基本信息
- 批准号:1726213
- 负责人:
- 金额:$ 42万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-05-01 至 2022-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
NONTECHICAL SUMMARYThis award supports theoretical and computational research focused on advancing understanding of two-dimensional materials. Two-dimensional (2D) materials possess extraordinary properties. They are among the strongest materials ever discovered and can change from metals to semiconductors and vice-versa just by stacking them in layers, stretching, or doping them. This points to the potential applications of 2D materials in energy storage, batteries, and semiconductor devices. The research team will use highly accurate simulation techniques, called quantum Monte Carlo methods, to illuminate the properties of interesting inorganic 2D materials, the transition metal dichalcogenides and the post-transition metal chalcogenides. Based upon the material properties uncovered, the team aims to "engineer" and model new 2D-materials suitable for electronic devices capable of outperforming traditional devices and using light to split the water molecule to harvest hydrogen for energy. This award also supports the team's efforts to mentor underserved area students through the college applications and annual science fair processes, and to educate a diverse body of younger scientists about the physical sciences as part of local outreach efforts to underserved populations, including local high school Girls Who Code Clubs. TECHNICAL SUMMARYThis award supports theoretical and computational research focused on advancing understanding of two-dimensional materials. Two-dimensional (2D) inorganic materials within the quantum confinement limit are emerging as an important class of nanomaterials for novel applications in information technology, optoelectronics, spintronics, and energy storage and conversion technologies. Because of the effects of enhanced quantum confinement and high surface-to-volume ratios, low dimensional materials possess extraordinary chemical and physical properties, including band gaps and metal-semiconductor transitions whose properties can be tuned by altering their doping and layering. As a result, they can range from insulators to topological insulators to semiconductors, and even, superconductors. Understanding the properties of these materials thus presents a materials research opportunity that could have immediate importance to the future design of semiconductor devices. The team aims to develop high accuracy methods to overcome limitations of first principles density-functional-based approaches, particularly in their application to 2D materials, to enable better understanding of experiments. The method development involves combining Quantum Monte Carlo with cluster expansion methods that are commonly used to model alloys. The team will use these methods to study mono/few layer structures of post-transition metal chalcogenides spanning from metals to gap semiconductors. Direct gap compounds for photovoltaics and photoelectrochemical water splitting applications will be designed using alloying as a means to tune phase stability, and electronic and optical properties. The PIs will use this research to educate a diverse body of younger scientists about the physical sciences as part of local outreach efforts to underserved populations, including local high school Girls Who Code Clubs.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该奖项支持理论和计算研究,重点是推进对二维材料的理解。二维(2D)材料具有非凡的性能。它们是迄今为止发现的最强材料之一,只需将它们堆叠、拉伸或掺杂,就可以从金属变成半导体,反之亦然。这表明2D材料在储能、电池和半导体设备中的潜在应用。研究小组将使用高度精确的模拟技术,称为量子蒙特卡罗方法,来阐明有趣的无机2D材料,过渡金属二硫属化物和后过渡金属硫属化物的性质。根据发现的材料特性,该团队的目标是“设计”和建模新的2D材料,适用于能够超越传统设备的电子设备,并利用光分裂水分子以获取氢气作为能源。该奖项还支持该团队通过大学申请和年度科学博览会流程指导服务不足地区学生的努力,并教育多元化的年轻科学家了解物理科学,作为当地服务不足人群的推广工作的一部分,包括当地高中女孩谁代码俱乐部。 该奖项支持理论和计算研究,重点是推进对二维材料的理解。量子限制极限内的二维(2D)无机材料正在成为一类重要的纳米材料,用于信息技术、光电子学、自旋电子学以及能量存储和转换技术中的新应用。由于增强的量子限制和高表面积与体积比的影响,低维材料具有非凡的化学和物理性质,包括带隙和金属-半导体转变,其性质可以通过改变其掺杂和分层来调整。因此,它们的范围可以从绝缘体到拓扑绝缘体到半导体,甚至超导体。因此,了解这些材料的性质提出了一个材料研究的机会,可能有直接的重要性,未来的半导体器件的设计。该团队的目标是开发高精度的方法,以克服基于密度泛函的第一原理方法的局限性,特别是在其应用于2D材料时,以更好地理解实验。该方法的开发涉及到结合量子蒙特卡罗与通常用于模拟合金的团簇展开方法。该团队将使用这些方法来研究从金属到间隙半导体的后过渡金属硫属化物的单层/多层结构。直接间隙化合物的光电化学和光电化学水裂解应用将设计使用合金化作为一种手段来调整相稳定性,电子和光学性能。 PI将利用这项研究来教育不同的年轻科学家关于物理科学的身体,作为当地外展工作的一部分,以服务不足的人群,包括当地的高中女孩谁代码俱乐部。这个奖项反映了NSF的法定使命,并已被认为是值得通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估的支持。
项目成果
期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Maximizing Thermoelectric Figures of Merit by Uniaxially Straining Indium Selenide
- DOI:10.1021/acs.jpcc.9b05681
- 发表时间:2019-10
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Leonard W. Sprague;Cancan Huang;J. Song;B. Rubenstein
- 通讯作者:Leonard W. Sprague;Cancan Huang;J. Song;B. Rubenstein
Tuneable structure and magnetic properties in Fe3−V Ge alloys
- DOI:10.1016/j.jallcom.2020.154403
- 发表时间:2020-07
- 期刊:
- 影响因子:6.2
- 作者:R. Mahat;Shambhu Kc;D. Wines;F. Ersan;Shishir K. Regmi;U. Karki;R. White;C. Ataca;P. Padhan;A. Gupta;P. Leclair
- 通讯作者:R. Mahat;Shambhu Kc;D. Wines;F. Ersan;Shishir K. Regmi;U. Karki;R. White;C. Ataca;P. Padhan;A. Gupta;P. Leclair
Auxiliary field quantum Monte Carlo for multiband Hubbard models: Controlling the sign and phase problems to capture Hund's physics
- DOI:10.1103/physrevb.99.235142
- 发表时间:2019-02
- 期刊:
- 影响因子:3.7
- 作者:Hongxia Hao;B. Rubenstein;Hao Shi
- 通讯作者:Hongxia Hao;B. Rubenstein;Hao Shi
Accurate Predictions of Electron Binding Energies of Dipole-Bound Anions via Quantum Monte Carlo Methods
- DOI:10.1021/acs.jpclett.8b02733
- 发表时间:2018-11-01
- 期刊:
- 影响因子:5.7
- 作者:Hao, Hongxia;Shee, James;Rubenstein, Brenda M.
- 通讯作者:Rubenstein, Brenda M.
Electronic properties of bare and functionalized two-dimensional (2D) tellurene structures
- DOI:10.1039/d0cp00357c
- 发表时间:2020-03-28
- 期刊:
- 影响因子:3.3
- 作者:Wines,Daniel;Kropp,Jaron A.;Ataca,Can
- 通讯作者:Ataca,Can
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Brenda Rubenstein其他文献
Coordination between multiple bacterial communities using potassium ion signaling
- DOI:
10.1016/j.bpj.2021.11.736 - 发表时间:
2022-02-11 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Joseph T. Incandela;Kangping Hu;Jacob Rosenstein;Brenda Rubenstein;Joseph Larkin - 通讯作者:
Joseph Larkin
Brenda Rubenstein的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Brenda Rubenstein', 18)}}的其他基金
CAREER: Finite Temperature Electronic Structure Methods for Predicting Material Phase Diagrams
职业:预测材料相图的有限温度电子结构方法
- 批准号:
2046744 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Standard Grant
相似国自然基金
“DFT+ML”协同探索原子精确金纳米团簇的类酶催化性质
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
硼相关的孤立及负载型团簇电催化C-N偶联合成尿素的DFT高通量筛选
- 批准号:12364039
- 批准年份:2023
- 资助金额:31 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
水稻晚花基因DFT1调控抽穗期的分子机制及其应用研究
- 批准号:32301882
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于SSITKA-DFT-kMC的铁基模型催化剂上费托合成反应机理研究
- 批准号:22372120
- 批准年份:2023
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
基于有限元和DFT计算的超临界CO2/O2环境中碳钢—不锈钢电偶腐蚀及缓蚀机理研究
- 批准号:52371064
- 批准年份:2023
- 资助金额:50.00 万元
- 项目类别:面上项目
基于DFT理论揭示多因素诱导的区域选择性机制指导高效合成C4-/C7-吲哚衍生物的研究
- 批准号:
- 批准年份:2021
- 资助金额:35 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
ZIFs限域多酸协同催化脱硝性能的DFT理论分析与实验研究
- 批准号:22111530286
- 批准年份:2021
- 资助金额:20 万元
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
基于DFT的FexCu2-x(OH)PO4可控合成及其对噬菌体病毒的吸附与Vis-NIR光催化灭活机制
- 批准号:
- 批准年份:2021
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
压电-光协同催化降解典型VOCs机理的DFT理论探究
- 批准号:22006023
- 批准年份:2020
- 资助金额:24.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于DFT结合机器学习的铁基费托反应网络研究
- 批准号:22002008
- 批准年份:2020
- 资助金额:24.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似海外基金
機械学習およびDFT計算を活用した新規5d遷移金属酸化物の戦略的高圧合成
使用机器学习和 DFT 计算战略高压合成新型 5d 过渡金属氧化物
- 批准号:
24KJ1654 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
軟X線吸収分光法とMD・DFT計算によるソフトマターの水素結合解析技術の開発
利用软X射线吸收光谱和MD/DFT计算开发软物质氢键分析技术
- 批准号:
24K08466 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
厳密inverse Kohn-Sham法を使った時間依存DFT理論の構築と数値計算による原理検証
使用精确逆 Kohn-Sham 方法构建瞬态 DFT 理论并通过数值计算验证原理
- 批准号:
23K04676 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Collaborative Research: Elements: Building an open source DFT+eDMFT database for quantum materials
合作研究:Elements:为量子材料构建开源 DFT eDMFT 数据库
- 批准号:
2311558 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: Elements: Building an open source DFT+eDMFT database for quantum materials
合作研究:Elements:为量子材料构建开源 DFT eDMFT 数据库
- 批准号:
2311557 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Standard Grant
Chemical design and DFT approach of heterojunction photocatalysts for CO2 reduction
用于 CO2 还原的异质结光催化剂的化学设计和 DFT 方法
- 批准号:
22KF0285 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Sorption of palladium(II) on biotite, quartz and feldspar in brackish groundwater by batch experiment, sorption model and DFT calculation
间歇实验、吸附模型和DFT计算微咸地下水中黑云母、石英和长石对钯(II)的吸附
- 批准号:
561141-2020 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Alliance Grants
Extended DFT+U method: application to analysis of complex doping effects, methodological developments and materials design.
扩展 DFT U 方法:应用于复杂掺杂效应分析、方法开发和材料设计。
- 批准号:
22K05019 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Supporting research communities with large-scale DFT in the next decade and beyond
在未来十年及以后通过大规模 DFT 支持研究社区
- 批准号:
EP/W029545/1 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Research Grant
Probing Actinide Covalency using NMR Spectroscopy and DFT Calculations
使用核磁共振波谱和 DFT 计算探测锕系元素共价
- 批准号:
2856783 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 42万 - 项目类别:
Studentship