MRSEC: Center for Nanoscale Science

MRSEC:纳米科学中心

基本信息

  • 批准号:
    2011839
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1800万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Nontechnical abstract:The Penn State Materials Science and Engineering Center (MRSEC) - Center for Nanoscale Science pursues new materials platforms, aspiring to deliver the materials of the future. Advancement of these platforms requires a cross-disciplinary Center-scale effort, one that fosters a widening gyre of innovation and discovery in emerging research areas of compelling opportunity. This MRSEC’s interdisciplinary research group (IRG) Two-Dimensional Polar Metals and Heterostructures studies ultrathin sheets of metals covered by an atomically thin sheet of carbon – graphene – which protects the metal from rusting. These structures provide a ground-breaking way to form combinations of materials whose individual quantum properties may come together to enable new materials for quantum computing as well as new sensor technologies. The IRG Crystalline Oxides with High Entropy also pioneers a new frontier of materials discovery, in this case crystalline materials composed of a multitude of chemical elements. Out of this huge compositional diversity it is possible to design materials with attributes that are valuable in energy or defense applications, such as transparent metals or materials capable of withstanding extreme environments. The Center’s multifaceted educational program introduces a core professional development theme of Sustainability in research practice and outcomes, expands educational offerings that increase access to STEM for disabled populations, and further deepens and expands two Partnerships for Research and Education in Materials (PREM) through pervasive mentoring. In addition, knowledge transfer and the instilling of industry-valued leadership and team-building skills amongst Penn State MRSEC researchers at all levels amplify impact nationwide.Technical abstract:The air-stable two-dimensional metals studied by IRG1 are bonded covalently below and non-bonded above: such symmetry breaking activates novel electronic, spintronic, and optical phenomena such as strongly nonlinear optics, ultralow-background Raman enhancement, and the types of spin-dependent bandstructures critical to polar and topological superconductivity; these transformative properties promise impacts in biosensing, quantum heterostructures, and nonlinear metasurfaces. IRG2 seeks to define the crystal chemistry principles that guide data-informed material design in a high-configurational-entropy landscape, in which the rich diversity of crystal environments defines an “entropy bank” from which a material can make “withdrawals” to achieve ground-breaking properties not otherwise possible; these unique features anticipate broad impacts in ion conduction, transparent conductors, electrocaloric materials, and correlated oxides. Key equipment acquisitions expand access to specialized tools while systematic support for innovation and entrepreneurship across all career stages amplifies the impact of fundamental science innovation, all supported by targeted international research connections.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.
非技术摘要:宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程中心 (MRSEC) - 纳米科学中心追求新材料平台,渴望提供未来的材料。这些平台的进步需要跨学科的中心规模的努力,在具有引人注目机会的新兴研究领域促进不断扩大的创新和发现循环。 MRSEC 的跨学科研究小组 (IRG) 二维极性金属和异质结构研究被原子级薄碳片(石墨烯)覆盖的超薄金属片,石墨烯可以保护金属不生锈。这些结构提供了一种突破性的方法来形成材料的组合,这些材料的各自的量子特性可以结合在一起,从而为量子计算和新的传感器技术提供新材料。 IRG 高熵晶体氧化物还开创了材料发现的新领域,在这种情况下,晶体材料由多种化学元素组成。由于成分的巨大多样性,可以设计出具有在能源或国防应用中有价值的属性的材料,例如透明金属或能够承受极端环境的材料。该中心的多方面教育计划在研究实践和成果中引入了可持续发展这一核心专业发展主题,扩大了教育服务范围,增加了残疾人士获得 STEM 的机会,并通过普遍的指导进一步深化和扩大了两个材料研究和教育伙伴关系 (PREM)。此外,宾夕法尼亚州立大学 MRSEC 各级研究人员的知识转移以及行业重视的领导力和团队建设技能的灌输在全国范围内扩大了影响力。技术摘要:IRG1 研究的空气稳定二维金属在下方共价键合,在上方非键合:这种对称性破缺激活了新颖的电子、自旋电子和光学现象,例如强非线性光学、 超低背景拉曼增强,以及对极性和拓扑超导至关重要的自旋相关能带结构的类型;这些变革性的特性有望对生物传感、量子异质结构和非线性超表面产生影响。 IRG2 寻求定义晶体化学原理,指导高构型熵景观中基于数据的材料设计,其中晶体环境的丰富多样性定义了一个“熵库”,材料可以从中“提取”以实现其他方式不可能实现的突破性特性;这些独特的功能预计会对离子传导、透明导体、电热材料和相关氧化物产生广泛影响。关键设备的采购扩大了对专业工具的获取,同时对所有职业阶段的创新和创业的系统支持放大了基础科学创新的影响,所有这些都得到了有针对性的国际研究联系的支持。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并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,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(40)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Interface-Mediated Resonant Raman Enhancement for Shear Modes in a 2D Polar Metal
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.2c04433
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Wen-Yu He;Maxwell T. Wetherington;K. Ulman;J. Robinson;S. Y. Quek
  • 通讯作者:
    Wen-Yu He;Maxwell T. Wetherington;K. Ulman;J. Robinson;S. Y. Quek
Tunable Microstructures in Entropy-Stabilized Oxide Thin Films Studied with Unsupervised Machine Learning Assisted Electron Microscopy
  • DOI:
    10.1017/s1431927622009862
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    L. Miao;George N. Kotsonis;J. Maria;N. Alem
  • 通讯作者:
    L. Miao;George N. Kotsonis;J. Maria;N. Alem
Mutual information and breakdown of the Perron-Frobenius scenario in zero-temperature triangular Ising antiferromagnets on cylinders
圆柱体上零温三角伊辛反铁磁体 Perron-Frobenius 场景的互信息和分解
  • DOI:
    10.1103/physreve.105.044105
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Nourhani, Amir;Crespi, Vincent H.;Lammert, Paul E.
  • 通讯作者:
    Lammert, Paul E.
Exploiting plasmons in 2D metals for refractive index sensing: Simulation study
  • DOI:
    10.1063/5.0123648
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    L. Kang;J. Robinson;D. Werner
  • 通讯作者:
    L. Kang;J. Robinson;D. Werner
Room temperature flash of single crystal titania: Electronic and optical properties
单晶二氧化钛的室温闪光:电子和光学特性
  • DOI:
    10.1111/jace.18798
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yadav, Devinder;Yuan, Yakun;Gopalan, Venkatraman;Raj, Rishi;Jo, Seohyeon
  • 通讯作者:
    Jo, Seohyeon
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  • 作者:
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Multiscale computational understanding and growth of 2D materials: a review
二维材料的多尺度计算理解与生长:综述
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  • 作者:
    Kasra Momeni;Yanzhou Ji;Yuanxi Wang;Shiddartha Paul;Sara Neshani;Dundar E. Yilmaz;Yun Kyung Shin;Difan Zhang;Jin-Wu Jiang;Harold S. Park;Susan Sinnott;Adri van Duin;Vincent Crespi;Long-Qing Chen
  • 通讯作者:
    Long-Qing Chen

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    $ 1800万
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    $ 1800万
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知道了