"Разработка эффективных методов моделирования образования квазидвумерных материалов и исследование их атмосферной стабильности"

РНФ, проект 18-73-10135

2018-2021

Руководитель: Квашнин Дмитрий Геннадьевич

Краткое описание: Основные усилия современного материаловедения направлены на получение новых материалов с перспективными свойствами контролируемым путём, для чего необходимо глубокое понимание механизмов их формирования. Также крайне важным является оценка стабильности атомной структуры полученных материалов в атмосфере. Эти задачи могут быть решены путём детального теоретического анализа современными методами компьютерного моделирования. Данный проект посвящён исследованию недавно открытого класса материалов – двумерных плёнок, многие представители которого демонстрируют уникальные свойства.
Так, в проекте предлагается разработать эффективный метод, позволяющий решить такие важные задачи материаловедения как (i) понимание процессов образования двумерных наноструктур на подложках различного состава; (ii) контроль атмосферной стабильности 2D наноструктур.
В первой части проекта будет проведена разработка, адаптация и расширение эволюционного алгоритма  для проведения моделирования образования низкоразмерных наноструктур на подложках. Новый метод впервые позволит эффективно предсказывать кристаллическую структуру низкоразмерных материалов (2D плёнок из одного и нескольких слоёв  и планарных гетероструктур на их основе) произвольного состава, состоящих из более чем 2х типов атомов, на различных подложках в зависимости от внешних параметров (температура, давление). В настоящий момент такие исследования в мире не проводятся.
Во второй части проекта предлагается изучить атмосферную стабильность материалов, предсказанных на первом этапе выполнения проекта, а именно исследовать процесс дефектообразования в их структуре под влиянием различных молекулярных групп, содержащихся в атмосфере окружающей среды. Будут определены возможные способы стабилизации двумерных материалов в случае их нестабильности при нормальных условиях. Данное исследование принципиально важно для дальнейшего развития 2D материаловедения, поскольку позволит определить перспективные структуры способные работать длительное время в электронных устройствах.

Публикации в рамках проекта:

1. Peto J., Ollar T., Vancso P., Попов З.И., Magda G.Z., Dobrik G., Hwang C., Сорокин П.Б., Tapaszto L. Spontaneous doping of the basal plane of MoS2 single layers through oxygen substitution under ambient conditions Nature Chemistry, 10,1246-1251 (2018), doi: 10.1038/s41557-018-0136-2

2. Ванчо П., Попов З.И., Пето Дж., Оллар Т., Добрик Г., Пап Дж.С., Хванг Ч.Ю., Сорокин П.Б., Тапасто Л. Transition metal chalcogenide single-layers as an active platform for single atom catalysis ACS Energy Letters, 8, 4, 1947-1953 (2019), doi: 10.1021/acsenergylett.9b01097

3. Квашнин А.Г., Квашнин Д.Г., Оганов А.Р. Novel Unexpected Reconstructions of (100) and (111) Surfaces of NaCl: Theoretical Prediction Scientific Reports, 9,14267-14275 (2019), doi: 10.1038/s41598-019-50548-8

4. Суханова Е.В., Попов З.И., Квашнин ДГ Теоретическое исследование электронных и оптических свойств гетероструктуры на основе молекул органического полупроводника PTCDA и MoSe2 Письма в ЖЭТФ, (2020), doi: 10.31857/S123456782011004X

5. Тихомирова К.А., Тантардини К., Суханова Е.В., Попов З.И., Евлашин С.А., Тархаров М.А., Жданов В.Л., Дудин А.А., Оганов а.Р., Квашнин Д.Г., Квашнин А.Г. Exotic Two-Dimensional Structure: The First Case of Hexagonal NaCl The Journal of Physical Chemistry Letters, 11, 3821-3827 (2020), doi: 10.1021/acs.jpclett.0c00874

6. Е.В. Суханова, Д.Г. Квашнин, З.И. Попов Induced Spin Polarization in Graphene via Interaction with Halogen Doped MoS2 and MoSe2 Monolayers by DFT Calculations Nanoscale, 12, 23248 - 23258 (2020), doi: 10.1039/D0NR06287A