En af verdens førende forskere inden for 2D-materialer har netop modtaget en Villum Investigator-bevilling på 30 mio. kr. til at fortsætte sit arbejde med at udvikle nye materialer med skræddersyede egenskaber.
Siden opdagelsen af todimensionelle (2D) materialer for ca. 10 år siden er forskningen på området nærmest eksploderet. Et 2D-materiale er et materiale, der består af et enkelt eller nogle få lag af atomer, og det er dermed det absolut tyndeste materiale, man kan forestille sig.
Professor Kristian Sommer Thygesen fra DTU Fysik har flere gange vakt international opsigt med sit arbejde inden for området. Det gælder dels hans opbygning af en stor database over beregnede egenskaber for tusindvis af forskellige 2D-materialer, The Computational 2D Materials Database (C2DB), som benyttes flittigt af forskere fra hele verden, og dels de fysiske modeller, han har udviklet til beskrivelse af de kvantemekaniske processer, som styrer materialernes elektroniske og optiske egenskaber.
Funktionalisering af 2D-materialer
Nu er Kristian Sommer Thygesen blevet tildelt et Villum Investigator Grant til at udvide sit arbejde.
”Jeg er meget glad for udnævnelsen som Villum Investigator og vil i de kommende år særligt have fokus på, hvordan man kan funktionalisere 2D-materialer og dermed bringe dem et skridt nærmere praktiske anvendelser. Der er flere metoder, som gør det muligt at skræddersy materialernes egenskaber. Med dem kan vi forhåbentlig gøre dem brugbare til nye teknologier såsom billige katalysatorer, der kan omdanne elektrisk energi til brændstoffer, enkeltfoton-lyskilder eller realisering af qubits til kvantecomputere,” siger han.
Funktionaliseringen kan bestå i at stable forskellige 2D-materialer oven på hinanden som legoklodser. På den måde kan man skabe nye materialer, hvis egenskaber kan være helt forskellige fra de enkelte 2D-lag.
Man kan også på kontrolleret vis introducere atomare defekter i 2D-materialerne. Sådanne defekter kan fungere som aktive sites til katalyse, eller de kan bruges til at fange enkelte elektroner, hvilket giver mulighed for at skrive og læse enkelte kvantetilstande. En anden metode, som Kristian Sommer Thygesen selv står bag, er at skyde enkelte atomer ind mellem lagene af stablede 2D-materialer. Dermed kan man eksempelvis gøre et umagnetisk materiale magnetisk eller et isolerende materiale metallisk.
”Mit arbejde er udelukkende teoretisk. Men gennem samarbejde med eksperimentelle grupper lokalt og internationalt bliver der mulighed for at producere og afprøve de nye materialer i laboratoriet,” siger Kristian Sommer Thygesen.
Kunstig intelligens kan accelerere opdagelsen af nye materialer
Som en del af sit kommende arbejde vil Kristian Sommer Thygesen anvende kunstig intelligens på en ny måde. Hvor forskerne hidtil har brugt materialernes atomare strukturer som input til algoritmer med kunstig intelligens, vil han afdække, om andre informationer kan bruges til bedre at forudsige materialernes egenskaber.
”Det, vi hidtil har gjort, svarer lidt til at beskrive en person ved hjælp af data om højde, vægt, øjenfarve, fodstørrelse osv. Vi vil gerne skridtet videre; så at sige grave lidt dybere ned i materialets DNA ved at supplere den atomare struktur med information om elektronerne i materialet. Jeg er spændt på, hvor langt vi kan nå ad den vej ved at anvende kunstig intelligens på vores data,” siger Kristian Sommer Thygesen.
De store kvantemekaniske beregninger, der er udgangspunktet for arbejdet, løses af en supercomputer. Det er DTU’s egen Niflheim-computer, der som den første del af projektet skal udbygges.
”Selv en supercomputer trænger jævnligt til opgradering, ligesom vi kender det fra vores pc’er. Men det er godt givet ud, da Niflheim er optimeret til at kunne foretage netop de kvantemekaniske beregninger, som jeg og mange af mine kolleger på DTU baserer vores forskning på,” siger Kristian Sommer Thygesen.
En af verdens førende forskere inden for 2D-materialer har netop modtaget en Villum Investigator-bevilling på 30 mio. kr. til at fortsætte sit arbejde med at udvikle nye materialer med skræddersyede egenskaber.
Villum Investigator uddeles af Villum Fonden til erfarne og internationalt anerkendte forskere, som kan yde et afgørende bidrag til de tekniske og naturvidenskabelige områder på et dansk universitet.
Villum Investigator-bevillingen er på 30 mio. kr.
Projektet løber over de kommende seks år. I den periode vil Kristian Sommer Thygesen ansætte omkring 10 unge forskere, der skal hjælpe med at udvikle de nye kunstig intelligens-metoder og designe nye 2D-materialer.