Illinois Materials Research Science and Engineering Center (I-MRSEC)

伊利诺伊州材料研究科学与工程中心 (I-MRSEC)

基本信息

  • 批准号:
    2309037
  • 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:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2029-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Nontechnical Abstract:The Illinois Materials Research Science and Engineering Center (I-MRSEC) has a mission to perform fundamental, innovative research that supports technological applications in areas of societal need, while promoting interdisciplinary materials-focused education and training of students. The work of the Center is carried out by two interdisciplinary groups, and is broadly centered on controlling how charged particles, specifically electrons and ions, flow in materials, which is essential for developing next generation advancements in information storage and processing and energy technologies. The research in the first group helps to advance microelectronics. The work focuses on using deformation fields -- so-called strainscapes -- in two-dimensional (2D) and thin film materials, to control the motion of electrons. The research in the second group contributes to the design of new battery materials. The focus of the work is to use light to control the flow of ions in materials, a phenomenon called photo-ionics. The Center supports new types of shared facilities for materials synthesis, measurement, and analysis. The Center also supports an educational program, focusing on K-12 outreach, which promotes materials knowledge for populations traditionally underrepresented in science, technology, engineering, and mathematics (STEM). There is a special focus on mentoring Center participants at all levels, from undergraduate students to faculty, in order to foster retention in STEM courses and fields. The activities in the Center are designed to achieve diversity in participation that is well above nationwide averages for STEM fields, helping to promote an expanded and more successful STEM workforce. Technical Abstract:The research activity of the Illinois Materials Research Science and Engineering Center is broadly centered on designing and controlling transport of electrons and ions in materials. Directing Spin, Charge, and Energy with 2D Strainscapes focuses on creating strain distributions in 2D materials and quasi-2D thin film materials to access new materials systems whose symmetry, topology, and band structure can be designed and patterned at the nanoscale. The goal is to achieve multi-dimensional control over strainscapes, to include spatially heterogeneous strain, strain gradient tensors, and heterostrain. This behavior couples to superconductivity, topological phases, protected edge states, and spin textures, and enables possible devices that direct energy and process information. Photo-Ionics: Controlling Ion Transport and Defects with Light investigates mechanisms by which light-excited electronic carriers interact with dynamic ion configurations. By determining materials design principles for illumination-induced changes in kinetic and thermodynamic parameters governing ion flux, the work enables efficient, nanoscale control over ions with orders-of-magnitude changes under illumination, and possible new electrochemical manufacturing, and energy and information technologies. The research in the Center provides a platform for broadening participation and promoting diversity through support for recruiting and retention of participants traditionally underrepresented in STEM. The Center emphasizes K-12 outreach and programs that support mentoring of all center participants, from undergraduate students to faculty. As part of the research programs in the Center, the work has broader technical impact by supporting significant new shared facilities for materials science.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:伊利诺伊州材料研究科学与工程中心(I-MRSEC)的使命是进行基本的创新研究,以支持社会需求领域的技术应用,同时促进跨学科材料的教育和对学生的培训。 该中心的工作由两个跨学科的群体进行,并广泛地集中在控制材料中的带电颗粒(特别是电子和离子)流量的方式上,这对于在信息存储和处理和能源技术方面发展下一代的进步至关重要。 第一组的研究有助于推进微电子。 这项工作着重于在二维(2D)和薄膜材料中使用变形场(所谓的链球镜)来控制电子的运动。 第二组的研究有助于设计新电池材料。 这项工作的重点是使用光控制材料中的离子流,这是一种称为照片离世的现象。 该中心支持用于材料合成,测量和分析的新型共享设施。 该中心还支持一项教育计划,重点是K-12外展,该计划在科学,技术,工程和数学(STEM)方面促进了传统上人口的材料知识。 从本科生到教师,为了促进在STEM课程和领域的保留率。 该中心的活动旨在实现参与的多样性,远高于全国性的STEM领域平均值,有助于促进扩大和更成功的STEM劳动力。技术摘要:伊利诺伊州材料研究科学与工程中心的研究活动广泛地集中在设计和控制材料中电子和离子的运输方面。 用2D曲线指导自旋,电荷和能量的重点是在2D材料和准2D薄膜材料中创建应变分布,以访问可以在纳米级设计和图案的对称性,拓扑和带结构的新材料系统。 目的是实现对弦缘的多维控制,包括空间异质菌株,应变梯度张量和异晶。 这种行为将超导性,拓扑阶段,受保护的边缘状态和旋转纹理融合在一起,并启用可能导致能量和过程信息的设备。照片离子学:控制离子传输和用光的缺陷调查了光激发电子载体与动态离子构型相互作用的机制。 通过确定材料设计原理,用于照明诱导的控制离子通量的动力学和热力学参数的变化,该作品可以通过照明下的量度变化以及可能的新电化学制造,以及能源和能源和信息技术,对离子进行有效的,纳米级控制。 该中心的研究为扩大参与和促进多样性提供了一个平台,通过支持和保留传统上代表性不足的参与者的支持。 该中心强调K-12的推广和计划,以支持从本科生到教师的所有中心参与者的指导。 作为该中心研究计划的一部分,这项工作通过支持重要的材料科学的新共享设施,从而产生了更广泛的技术影响。该奖项反映了NSF的法定任务,并且使用基金会的知识分子优点和更广泛的审查标准,被认为值得通过评估来提供支持。

项目成果

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