Comprendre les interfaces des matériaux hybrides avec l’apprentissage automatique – Technoguide

La production de nanomatériaux implique des processus d’auto-assemblage de molécules fonctionnalisées (organiques) sur des surfaces inorganiques. Cette combinaison de composants organiques et inorganiques est essentielle pour les applications en électronique organique et dans d’autres domaines de la nanotechnologie.

Jusqu’à présent, certaines propriétés de surface souhaitées étaient souvent obtenues par essais et erreurs. Les molécules ont été modifiées chimiquement jusqu’à ce que le meilleur résultat pour la propriété de surface souhaitée soit trouvé. Cependant, les processus contrôlant l’auto-assemblage des molécules aux interfaces sont si complexes que de petits changements moléculaires peuvent conduire à des motifs complètement différents. Des physiciens de TU Graz expliquent cette formation de structure inattendue dans une étude publiée dans la revue ACS Nano. À cette fin, les chercheurs ont étudié des composés de quinoïdes sur une surface en argent. Le premier auteur Andreas Jeindl de l’Institut de physique du solide explique: «Naïvement, on pourrait s’attendre à ce que des molécules de tailles légèrement différentes mais de la même fonctionnalisation forment des motifs similaires. En contraste frappant, notre étude théorique et expérimentale conjointe montre que les quinones peuvent former diverses structures . Malgré des conditions initiales constantes, la formation de ces structures ne peut être prévue et planifiée sans une connaissance détaillée des interactions pertinentes. “

Trois forces motrices opposées

Les chercheurs de Graz, avec une équipe de la FSU Jena, ont maintenant commencé à briser cette imprévisibilité. Ils ont constaté que la formation de la structure est le résultat d’un compromis entre trois forces motrices opposées: L’interaction entre les molécules et le métal tente de forcer toutes les molécules dans la même orientation, tandis que l’interaction entre les molécules favorise parfois des orientations différentes. Les formes géométriques des molécules agissent alors comme un troisième facteur, empêchant ou ne permettant que partiellement certaines interactions.

Sur cette base, ils ont pu établir un principe de conception avec lequel les structures qui se forment aux interfaces, et par la suite leurs propriétés, peuvent être prédites – au moins pour une première classe de molécules. Un rôle essentiel est joué par un algorithme de recherche (SAMPLE) basé sur l’apprentissage automatique. Jeindl précise: «Nous avons pu montrer dans cette publication que les structures prédites par notre algorithme sont en excellent accord avec les caractérisations expérimentales des interfaces organiques-inorganiques – à la fois dans la façon dont les molécules s’orientent à la surface et dans la façon dont les motifs se répètent sur De plus, notre analyse, pour la première fois, a permis une décomposition détaillée et quantitative des forces motrices, non seulement des structures formées expérimentalement, mais de facto de toutes les structures imaginables. scènes de formation de structure. “

Propriétés interfaciales avec des blocs de construction modulaires

L’interaction non intuitive de mécanismes d’interaction d’importance similaire reste un défi pour la conception d’interfaces fonctionnelles. Cependant, avec une étude détaillée de toutes les forces motrices, les physiciens de TU Graz sont néanmoins capables de concevoir un principe de conception pour l’auto-assemblage de molécules fonctionnalisées pour une classe donnée de molécules. Une fois qu’il y a suffisamment d’analyses pour différentes classes de molécules, les bonnes molécules pour les propriétés interfaciales souhaitées peuvent être facilement assemblées sur l’ordinateur à partir de blocs de construction modulaires.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université de technologie de Graz. Original écrit par Susanne Eigner. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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