В соответствии с заключенным с УУНТ контрактом, НИИ НПМ занимался разработкой и машинным обучением межатомных потенциалов, необходимых для корректного описания металлов с ОЦК решеткой при экстремальных условиях (высоких давлениях и температурах, а также радиоактивном облучении). Сегодня работы были приняты заказчиком без замечаний. Специалисты НИИ НПМ заставили искусственный интеллект точно описывать явления, связанные с сильными ангармоническими колебаниями атомов в ОЦК решётке, приводящим к формированию краудионов и другим нелинейным явлениям.

Результаты исследования опубликованы в журнале Diamond & Related Materials.

Ученые НИИ НПМ вместе с коллегами из Мексики и Турции предсказали новую гетероструктуру на основе графена, обладающую запрещённой зоной в 0.8 эВ. Чистый графен имеет много свойств, привлекательных с точки зрения наноэлектроники, но у него нет запрещённой зоны, что является существенным недостатком. Чтобы она возникла, исследователи предложили соединить графен с дителлуридом молибдена и механически деформировать получившуюся гетероструктуру.

Результаты исследования опубликованы в журнале Diamond & Related Materials.

Исследование наших авторов было выбрано из примерно 80 статей, содержащихся в выпуске журнала, и помещено на обложку. Поздравляем наших сотрудников и соавторов статьи из других организаций!

Графен часто смешивают с наночастицами металлов (в частности, меди) для создания эффективных катализаторов и адсорбентов. Понимание происходящих при этом процессов на микроскопическом уровне невозможно без точного описания взаимодействия между графеном и медью. В опубликованной статье исследователи НИИ НПМ показали ошибочность некоторых ранее используемых методов расчёта такого взаимодействия и предложили свой более точный подход.

В 2017 году М.М. Маслову удалось доказать высокую устойчивость молекулы гиперкубана вопреки его "противоестественной" с точки зрения химии форме. Позднее было выполнено несколько исследований гиперкубана и 2D материалов на его основе (размерность таких материалов условно можно определить как "4D в 2D").

В новой работе исследованы "обычные" 3D кристаллы гиперкубана ("4D в 3D"). Из-за высокой симметрии, гиперкубан способен формировать сразу три кристаллические формы - простую кубическую, ОЦК и ГЦК, что довольно необычно. При этом ГЦК форма имеет наименьшую плотность, хотя можно было бы ожидать обратного. Кроме того, ГЦК форма является проводником, а другие формы - полупроводниками.

Работа опубликована в журнале Materials Today Communications.

Новая работа делает ещё один шаг в направлении почти бесплатного электричества, которое можно вырабатывать при смешивании пресной и солёной воды. Для реализации такого устройства необходима мембрана толщиной не больше нанометра - эффективность более толстых мембран катастрофически низкая. Часто в качестве мембран используют 2D материалы, состоящие из одного или нескольких атомных слоёв. Обычно такие слои удерживаются вместе силами ван-дер-Ваальса.

Исследователи НИИ НПМ рассмотрели альтернативное решение - пористую мембрану из двух разных 2D материалов - борофена и графена, соединенных ковалентными связями. Такая мембрана имеет большой поверхностный заряд и внутреннее электрическое поле из-за разных электроотрицательностей используемых элементов - бора и углерода. Согласно исследованию, при размере пор около 2 нм её селективность по отношению к ионам K+ и Cl- уже близка к 100%. Таким образом, мембрана может использоваться не только в качестве генератора тока, но и как выпрямитель.

Работа опубликована в журнале Materials Today Chemistry.

Исследователи изучили адсорбцию малых лекарственных молекул на фторированные фуллерены. В отличие от большинства работ в этой области, сфокусированных на конкретном препарате, здесь систематически исследовали несколько десятков лекарств. Это позволило провести статистический анализ и научить нейронную сеть предсказывать, насколько хорошо фуллерены подходят для доставки того или иного лекарства.

Было обнаружено, что противораковый препарат алтретамин, имеющий углеазотный скелет из чередующихся атомов C и N, особенно сильно взаимодействует с фуллеренами (энергия его адсорбции превышает среднее значение более чем на 3σ).Есть основания полагать, что молекулы с подобным скелетом являются идеальным "грузом" для фуллеренов.

Текст работы доступен на сайте журнала Journal of Molecular Liquids.

РТД (резонансно-туннельный диод) представляет собой наноэлектронное устройство, работа которого полностью определяется квантовыми эффектами. Он содержит два барьера (как правило, они представляют собой плёнки из полупроводника, толщина которых измеряется нанометрами), разделенные "квантовой ямой" - пленкой из другого полупроводника с подходящей шириной запрещенной зоны. Согласно законам квантовой механики, в "квантовой яме" образуются резонансные уровни. Если энергия налетающих электронов попадает в резонанс с имеющимся уровнем, электрон беспрепятственно преодолевает РТД, иначе возникает существенная вероятность его рассеяния. Поэтому ток через РТД нелинейно и немонотонно зависит от приложенного напряжения, что позволяет использовать этот прибор в качестве генератора терагерцового излучения.

Подробный теоретический анализ РТД стал возможен благодаря решению самосогласованной системы уравнений - временного уравнения Шредингера и уравнения Пуассона со специально подобранными граничными условиями. Созданная в НИИ НПМ модель позволяет учитывать многие тонкие эффекты, влияющие на характеристики РТД, в том числе распределение заряда в спейсерных слоях эмиттера и коллектора. Это позволило достичь совпадения рассчитанных характеристик РТД с известными результатами измерений, а также оценить наилучшие возможные значения этих характеристик и указать путь к их достижению.

Статья опубликована в журнале Applied Sciences.

Графины являются полупроводниковыми материалами, многие из них успешно синтезированы методом самосборки углеводородных прекурсоров. В отличие от графена, графины содержат тройные углерод-углеродные связи, что объясняет их высокую химическую активность и ограниченную устойчивость. Известно, что при 300 K графины сохраняют свою структуру, но данные об их способности выдерживать повышенные температуры до сих пор оставались противоречивыми. В то же время термическая устойчивость очень важна при проектировании электронных устройств, которые могут выделять тепло.

Выполненное моделирование с использованием нескольких квантово-механических моделей (теории функционала плотности с локализованным базисом и базисом плоских волн, а также модели сильной связи NTBM) показало, что устойчивость 6,6,12-графина зависит от размера рассматриваемого фрагмента. Выяснилось, что бесконечный кристалл гораздо более устойчив, чем кусочки небольшого размера. Из этого следует, что дефекты в этом материале могут зарождаться на границах монокристаллов. В целом 6,6,12-графин оказался достаточно устойчив, что доказывает возможность его применения в электронике и в других областях.

Статья опубликована в журнале Materials.