納米技術寶庫

二維材料由幾層原子組成，很可能是納米技術的未來。它們提供了潛在的新應用，可用于小型，高性能和高能效的設備。2D材料大約在15年前首次發現，但到目前為止只合成了幾十種。現在，由于EPFL理論與模擬材料實驗室(THEOS)和NCCR-MAR??VEL研究人員為計算設計和發現新材料開發的方法，現在可以確定更多有前途的2D材料。他們的工作最近發表在Nature Nanotechnology雜志上，甚至在封面上也有提及。

2004年，第一個被分離的二維材料是石墨烯，為2010年獲得諾貝爾獎的研究人員贏得了收益。這標志著電子產品開啟了一個全新的時代，因為石墨烯是輕質，透明和有彈性的，最重要的是，一個良好的電力導體。它為光伏和光電子等眾多領域的新應用鋪平了道路。

“為了尋找具有相似特性的其他材料，我們專注于去角質的可行性，”THEOS實驗室的研究員，該研究的第一作者Nicolas Mounet解釋說。“但是，與諾貝爾獎獲得者一樣，不是在石墨上貼上膠條，看看這些層是否剝落，我們采用的是數字方法。”

分析了100,000多種材料

研究人員開發了一種算法，用于審查和仔細分析外部數據庫中記錄的100,000多種3D材料的結構。由此，他們創建了一個包含大約5,600種潛在2D材料的數據庫，其中包括1,000多種具有特別有前途的特性。換句話說，他們為納米技術專家創造了一個寶庫。

為了建立他們的數據庫，研究人員使用了逐步消除的過程。首先，他們確定了由不同層組成的所有材料。“然后我們更詳細地研究了這些材料的化學成分，并計算了分離各層所需的能量，主要集中在不同層原子之間相互作用較弱的材料，即Van der Waals鍵合，”Marco說。 Gibertini是THEOS的研究員，也是該研究的第二作者。

大量2D候選人

在最初確定的5,600種材料中，研究人員挑選了1,800種可能被剝落的結構，包括1,036種看起來特別容易去角質的結構。這代表了當今已知的可能2D材料數量的顯著增加。然后他們選擇了258種最有希望的材料，根據它們的磁性，電子，機械，熱和拓撲性質對它們進行分類。

“我們的研究表明，數字技術可以真正促進新材料的發現，”NCCR-MAR??VEL主任，THEOS教授Nicola Marzari說。“在過去，化學家不得不從頭開始，只是繼續嘗試不同的東西，這需要幾個小時的實驗室工作和一定的運氣。通過我們的方法，我們可以避免這個漫長而令人沮喪的過程，因為我們有一個工具，可以挑選出值得進一步研究的材料，讓我們進行更有針對性的研究。“

由于他們的軟件AiiDA可以重現研究人員的計算，AiiDA描述了以工作流程形式發現的每種材料的計算過程，并存儲了計算每個階段的完整來源。“如果沒有AiiDA，組合和處理不同類型的數據將非常困難，”THEOS的高級研究員，該研究的共同作者Giovanni Pizzi解釋道。“我們的工作流程向公眾開放，因此世界上的任何人都可以重現我們的計算并將其應用于任何材料，以確定它是否可以剝落。”