纳米技术宝库

二维材料由几层原子组成，很可能是纳米技术的未来。它们提供了潜在的新应用，可用于小型，高性能和高能效的设备。2D材料大约在15年前首次发现，但到目前为止只合成了几十种。现在，由于EPFL材料理论与模拟实验室(THEOS)和NCCR-MAR​​VEL研究人员为计算设计和发现新材料开发了一种方法，现在可以确定更多有前途的2D材料。他们的工作最近发表在Nature Nanotechnology杂志上，甚至在封面上也有提及。

2004年，第一个被分离的二维材料是石墨烯，为2010年获得诺贝尔奖的研究人员赢得了收益。这标志着电子产品开启了一个全新的时代，因为石墨烯是轻质，透明和有弹性的，最重要的是，一个良好的电力导体。它为光伏和光电子等众多领域的新应用铺平了道路。

“为了寻找具有相似性质的其他材料，我们专注于去角质的可行性，”THEOS实验室的研究员，该研究的第一作者Nicolas Mounet解释说。“但是，不像在石墨上贴上胶条，看看这些层是否剥落，就像诺贝尔奖获得者那样，我们采用的是数字方法。”

分析了100,000多种材料

研究人员开发了一种算法，用于审查和仔细分析外部数据库中记录的100,000多种3D材料的结构。由此，他们创建了一个包含大约5,600种潜在2D材料的数据库，其中包括1,000多种具有特别有前途的特性。换句话说，他们为纳米技术专家创造了宝库。

为了建立他们的数据库，研究人员使用了逐步消除的过程。首先，他们确定了由不同层组成的所有材料。“然后我们更详细地研究了这些材料的化学性质，并计算了分离各层所需的能量，主要集中在不同层的原子之间相互作用较弱的材料，称为范德瓦尔斯键合，”Marco说。 Gibertini是THEOS的研究员，也是该研究的第二作者。

过多的二维候选人

在最初确定的5,600种材料中，研究人员挑选了1,800种可能被剥落的结构，包括1,036种看起来特别容易去角质的结构。这代表了当今已知的可能2D材料数量的显着增加。然后他们选择了258种最有希望的材料，根据它们的磁性，电子，机械，热和拓扑性质对它们进行分类。

“我们的研究表明，数字技术可以真正促进新材料的发现，”NCCR-MAR​​VEL主任，THEOS教授Nicola Marzari说。“在过去，化学家必须从零开始，只是继续尝试不同的事情，这需要数小时的实验室工作和一定的运气。通过我们的方法，我们可以避免这个漫长而令人沮丧的过程，因为我们有一个工具，可以挑选出值得进一步研究的材料，让我们进行更有针对性的研究。“

由于他们的软件AiiDA可以重现研究人员的计算，AiiDA描述了以工作流程形式发现的每种材料的计算过程，并存储了计算每个阶段的完整出处。“如果没有AiiDA，组合和处理不同类型的数据将非常困难，”THEOS的高级研究员，该研究的共同作者Giovanni Pizzi解释道。“我们的工作流程向公众开放，因此世界上的任何人都可以重现我们的计算并将其应用于任何材料，以确定它是否可以剥落。”