Giriş: İki Boyutlu Malzemede Strain Mühendisliğinin Sözlüğü

İki boyutlu (2D) malzemeler, bu materyallerin zeminini sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan mekanik ve optik özellikler, bu malzemelerin gerçek gücü, işlevsel olmayan, taşıyıcı hareketliliği, etkili kitleler ve hatta bir sonraki dönüşümler yoluyla özelliklerini sistematik olarak değiştirme yeteneğinden kaynaklanmaktadır.

C ⁇ simülasyonları, karmaşık sistemlerde kritik bir rol oynarlar, çünkü bilim insanları, pahalı ve zaman zamanlayıcı deneylerin sonuçlarını tahmin etmeye ve anlamalarına izin verirler. 2D malzemelerde mekanik sustuklama teknikleri, bu simülasyonların toplanılabilir elektronik cihazların gelişimini vurgular.

İki-Dimensional Materials ve Strain

2D Malzeme Benzersiz Ne Yapar?

2Dphos kristal katılar tek bir tabaka veya birkaç atomik tabakalardan oluşur. onların indirgenmiş boyutu kuantum sınırlı etkilere ve olağanüstü yüksek yüzey-to-volume oranlarına yol açar. Anahtar örnekler, grafik (bir sıfır-grupgap yarı metal), hexagonal nitrit (TMD) gibi geçiş metal dichalcogenides (TMD)

Mekanik Strain Türleri

Strain, denge yapılandırmasına kıyasla bir malzemenin göreceli deformasyonu olarak tanımlanır. Simülasyonlarda, sus genellikle birim hücresinin lattice vektörlerini ölçeklendirmek veya dışsal pozisyonları uygulama yoluyla uygulanır.

  • [FONT=0)Uni aksiyel bir gerilim:[Dönetici:[Dönetici:0))) Bir tek kristalografi yönü (örneğin, kolchair veya zigzag in grafiğiene) veya sıkıştırıcı olabilir.
  • [FONT=0)Biyyel sus:[Dönder:[Dönergeler) iki veya iki ortogonal axlar boyunca eşit deformasyon, genellikle izotropik germ veya sıkıştırma olarak kullanılır.
  • [FONT:0)Shear suskunma:[Dönetici: 0)[Döneticileri) sişiklerin bozulmasına yol açan, kristal simetrinin bozulmasına yol açan bir durum.
  • [FONT:0] Uçakta vs. out-of-planetrasyon:[Dönetici: 0:0) Uçaksal gerilim, desteklenen veya askıya alınan flakes hakkında en çok deneye hükmedmektedir, ancak uçaktaki deformasyon (bending veya rippling) aynı zamanda elektronik özellikleri de etkileyebilir ve farklı şekilde etkileyebilir.

Strain, temel eğilimleri kurmak için üniformalı (homogeneous) veya non-uniform (örneğin, yerel indentasyon, katlama veya substrat modelleme nedeniyle). Simülasyonlar genellikle temel eğilimleri kurmak için üniformalı bir gerginlikle başlar, sonra gerçekçi cihaz senaryoları içerir.

C ⁇ Yöntemleri Strain Effects for Simulating Strain Effects

Yoğun Fonksiyonel Teori (DFT)

DFT, Kohn-Sham denklemleri aracılığıyla birçok farklı sisteme sahiptir, LDA, GGA (PBE) veya HSE06 gibi işlevsel pozisyonları içeren değişim-korelasyonları en aza indirir.

DFT çalışmaları çeşitli su geçirmez fenomenler ortaya çıkardı:

  • [FONT=0]Bandgap mühendisliği: [DDD:2|Döntgenlik:0)Ddüşük basınç genellikle, COD'lerin yarı iletkenliklerini azaltabilir veya dolaylı devre dışı geçişleri azaltılabilir.
  • [FONT=0]Strain-indüklenmiş piyonel alanlar:) In grafiğiene, non-uniform suskunma, 100 T'yi aşabilecek bir sahtekarlık alanı yaratır, dış manyetik alan olmadan bir uzay aracına yol açar.
  • [FONT:0) Taşıyıcı hareketliliğindeki değişiklikler:[Dönetici:[Dönetici:0) Strain, iletkenliği doğrudan etkileyen elektron ve deliklerin etkili kütlelerini modlar. Örneğin, fosforlu bir drenaj, fosforlu etkili kütleleri azaltır, belirli yönlerde taşımayı artırır.

Başarılarına rağmen, DFT kısıtları ile sınırlıdır. Standart işlevleri grupgaps'i hafife alır ve (semi) yerel fonksiyoneller DFT+U veya hibrit fonksiyoneller gibi düzeltmeler genellikle doğru tahminler için gereklidir, daha yüksek hesaplama maliyetinde.

Moleküler Dinamik (MD) Simülasyonlar

MD simülasyonları, belirli bir atomik potansiyel altında atomların zaman evriminin modellenmesi (güç alanı) REBO, HAVAB, BLEBO veya ters potansiyeller gibi reaktif güç alanları, bağ kırılma, hata oluşumu ve özellikle de çalışma sırasında yapısal dönüşümler yakalayabilir:

  • [FONT:0)Mechanical Stabil:[Dönetici:[Dönetici:0)) Bir malzeme daha düşük sularda (~% 10-15) bozulmadan önce sabit bir şekilde sabitlenebilir.
  • [FONT:0)Defect dinamikleri:[Döneticiler, tahıl sınırları ve dislokasyonlar, yüksek çözünürlükte ve elektronik özellikleri altında ortaya çıkarabilir. MD bu etkileri ölçmeye yardımcı olur.
  • [FONT:0) ⁇ etkiler: [DDDDDDDDDDDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜSTÜSİ - AYARILARA KAYNAKLAR KAYNAKLAR KAYNAKLAR KAYNAKLAR KAYNAKLAR KAYNAKLAR KAYNAKLAR KAYNAKLARI: ADIYORUMLUŞÜNİ KAYNAYORUMLUŞİ KAYNAYORUMLUŞÜNİ KAYNAYORÇE KAYNAYORÇÜŞÜNİ KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI KAYNAYORÇLARI

Bununla birlikte, klasik MD, elektronik etkileri doğru bir şekilde tarif edemeyen ampirik potansiyellere dayanıyor. Hybrid, DFT ile çift MD'nin (veya sıkı-binding) sık sık sık sık sık sık sık ortaya çıkan elektronik geçişleri incelemek için çalışıyor.

Dar-Binding (TB) ve k·p Yöntemleri

Daha büyük sistemler veya uzun zaman ölçekleri incelemek için, sıkı-binding modelleri hız ve doğruluk arasında bir uzlaşma sunar. TB Hamiltonians DFT verilerinden parametrelenir ve integralleri ölçeklendirmek ve şantiye enerjilerini bağ uzunluk değişikliklerine göre yakalayabilir.Sp-Koster planı, grafikte ve TMD'lerde deşarj umutlarını tanımlamak için yaygın olarak kullanılır.

Sürekli Mekanik ve Makine Öğrenme

Makrooskopik düzeyde, sürekli modeller (sonlu elemanlar analizi) DFT verileri üzerinde eğitilmiştir.[Döneticiler veya bent membranlar gibi kırışıklık. Bu modeller, atomistik simülasyonlar için sınır koşulları sağlar. Daha yakın zamanda, makine öğrenimi interatomik potansiyeller (MLIPs) karmaşık morfolojilerle birlikte büyük ölçekli simülasyonlar sağlar.

Strain Simülasyonlarından Özel 2D Malzemede Anahtar Bulucu

Graphene

Graphene'nin Dirac cone, onu sıfırdan yarı metal haline getirir. Strain Dirac puanlarını ve tek eksenel olmayan gerginlik altında, bir bandgap (daha fazla fikre sahip) devretme yoluyla 10 susayı aşarak) boşluğa yol açabilir. Ancak, boşluk küçük ve sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık nanobüzopyapürlü olmayan bir akışa başvurur.

Transition Metal Dichalcogenides (e.g.,ETHFLT:0)MoS2)).

Monokat TMD'ler, yarıkırık bir gerilimle, yüzde 0.1 eV oranında doğrudan bir banta sahiptir.ForurFLT:2).MoS2, yarı metal bir fazı tamamen azaltıcı, yarıkırık bir sıkıştırma ile, boşluk genişleyen yüzeyler ve hipo ⁇ tın altında yatan bu eğilimleri doğrulayabilirler.

Phosphorene

Phosphorene, sert bir amin veya sonlu hombik lattice'yi son derece anisotropic elektronik ve mekanik özellikleriyle sergilemektedir.Köpek ve zigzag yönlerden gelen yükler hızla bandgap'ı azaltırken, zigzag basıncının tümotropik bir etkisi vardır.Bu anisotropy, yönel duyarlılığın gerekli olduğu kollama uygulamaları için çekicidir.

İkili bileşiklerin Ötesinde: Heteroyapılar ve Janus Malzemeler

Strain simülasyonları ayrıca 2D heteroyapılara genişletilir (örneğin, DÖRT:0)MoS2) / |D][[D][D][D][/FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=2][/FONT=2][/FONT=3][/FONT=FONT=FONT=FONT=SNT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=STRNT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT

Uygulamalar Strain Simülasyonu tarafından kullanılabilir

Esnek ve genişletilebilir Elektronik

Mekanik iletkenliği ve bandgap'in nasıl güçlendiğini tahmin etme yeteneği, mühendisler 2D-malzeme tabanlı transistörler, mantık kapıları ve mekanik deformasyon altında güvenilir çalışan bellek cihazlarının, istenen elektronik performansın gerektirdiği şekilde yönlendirmesini sağlar. Örneğin, [[D-malzeme tabanlı transistörler, mantık kapıları, ve bellek cihazları (FETs) alan-aktif basınç basıncının %2'ye kadar yüksek tutulması, hareketliliğin artmasını sağlayan farklı yükler.

Strain ve Basınç Sensörleri

2D malzemeler, ünite deformasyonu başına elektronik özelliklerdeki büyük değişiklik nedeniyle, elektrotoksit faktörlerini optimize etmek için doğal olarak hassastır - bazı suskan cihazlarda 1000'i aşabilir. Farklı malzemelerin yanıtını tek bir şekilde kullanarak, biyoyönergesel, biyomalzemeler ve hear sustuvarlığı ile tasarlayabilirler.

Strain-Mühendis Optoelektronik

Strain, bandgap'u değiştiriyor ve optik absorpsiyon ve emisyon spektralini modlar. Simülasyonlar, çekmenin bantgap'u, boyutlarını azaltırken, onları en kısa sürede aydınlatılabilir ışık yayıcılarını yapıyor.Bu, güçlü LED'ler, lazerler ve fotodektörlerin esnek substratlara entegre edilebilir olduğunu tahmin ediyor.

Piezoelektrik Enerji Enerjinin Yeniden Edilmesi

Janus 2D materyaller ve non-centrosymmetric TMD'ler, bömertçevrenin suskunduğuna göre, DFT simülasyonları ile sabitlenmiş durumda.[D)MoSSe)[xb)[D)

Mevcut Simülasyonlarda Zorluklar ve Sınırlamalar

Tahmin edici güce rağmen, su simülasyonları birkaç engelle karşı karşıya kalır:

  • [FONT:0)C ⁇ maliyeti:[DFT:0) Büyük süper hücre için tam DFT hesaplamaları (daha fazla bilgisiz) için pahalı kalır. Hybrid işlevleri ve birçok kişi perturbasyon teorisi (GW) genellikle sistematik sular için yasaklanır.
  • [FONT:0) Değişim-korrelasyon işlevlerinin kabul edilebilirliği: [DFT işlevselleri grubu akrangaps'i hafife alma eğilimindedir ve özellikle de kritik yöntemlere karşı ifade etmek için yanlış tanımlanabilir.
  • [FONT=0]Temperyature ve anharmonicity:[Dönemli: 0 K. Sonlu sıcaklıklarda, phonon-indüklenmiş smearing ve termal genişleme, bu tür karmaşıklıkları değiştirebilir.
  • [FONT:0] Deneysel doğrulama:[Dönemli sular genellikle mükemmel kristal siparişi varsayar. Gerçek örnekler gerçek su dağılımını değiştiren kusurları, kırışıklıkları ve substratları içerir. Doğrudan karşılaştırmalar ile ilgili deneylerle ilgili olarak bu faktörlerin dikkatli modellemesini gerektirir.
  • [FONT:0]Strain sınırları ve kırılması:[Döneticiler ideal gücü tahmin edebilir, ancak gerçek malzemeler önceden ortaya çıkan çatlaklar veya kenar kabalığı nedeniyle daha erken başarısız olabilir. MD potansiyelleri tüm deformasyon modları için doğruluk eksikliği olabilir.

Future Path in Strain Simülasyonu 2D Materials

Makine-Learning-Enhanced Simülasyonlar

DFT verileri üzerinde eğitilmiş atomik potansiyeller hızla yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaşlar. sıcaklık, su miktarı ve hata türleri dahil) haftalar yerine birkaç dakika içinde. Graph sinir ağları, özellikle, elektronik özellikleri tahmin etmek için vaat (bandgap, DOS) doğrudan atomik konfigürasyonlardan kaynaklanmaktadır.

Çok ölçekli ve Multifizik Coupling

Gelecek çalışma, atomistik simülasyonları sürekli olarak sonlu elemanlar modelleriyle entegre edecek ve tek bir simülasyon çerçevesindeki boşlukları, kuvvet kontrollü vadiler ve spin taşımaları gibi yeni fenomenler ortaya çıkaracak.

Strained 2D Malzemenin Yüksek Lisansı

Malzemeler Projesi ve 2DMatPedia gibi C ⁇ veritabanı, grupgap, mobilite veya pastazoelektrik katları güçlü bir şekilde susma yanıt verir. Makine öğrenimi, esnek elektronik için aday materyallerin hızlı keşfini tahmin edebilir.

Kesin Altında Mühendislik

Defects genellikle kaçınılmaz, ancak yüksiyonel özelliklerini kontrol etmek için kullanılabilir. Örneğin, çekme basıncı, a vacancy inurFLT:0)MoS2) veya şarj durumunu değiştirmek için kullanılabilir. Simülasyonlar, hata mühendisliğinde sistematik olarak süpürülebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Mekanik suskunma etkilerini 2D materyallerin elektronik özellikleri üzerine yapmak, modern malzemeler tasarımının temel taşıdır. DFT, MD, sıkı-binding ve gelişmekte olan makine öğrenimi yaklaşımları sayesinde araştırmacılar, simülasyon ve deney arasındaki sinerjiyi, esnek elektronik, elektriksel yanıtlar ve hatta 2D malzemelere dayanan yeni fenomenleri tahmin ederler.