ترجمه فارسی مقاله طراحی محاسباتی آگاه از بستر مواد دو بعدی

چکیده

Two-dimensional materials have attracted considerable attention due to their remarkable electronic, mechanical and optical properties, making them prime candidates for next-generation electronic and optoelectronic applications. Despite their widespread use in combination with substrates in practical applications, including the fabrication process and final device assembly, computational studies often neglect the effects of substrate interactions for simplicity. This study presents a novel method for predicting the atomic structure of 2D materials on arbitrary substrates by combining an evolutionary algorithm, a lattice-matching technique, an automated machine learning interatomic potentials training protocol, and the ab initio thermodynamics approach for predicting the possible conditions of experimental synthesis of the predicted 2D structures. Using the Mo-S system on a c-cut sapphire substrate as a case study, we reveal several new stable and metastable structures, including previously known 1H-MoS2 and newly found Pmma Mo3S2, P-1 Mo2S, P21m Mo5S3, and P4mm Mo4S, where the Mo4S structure is specifically stabilized by interaction with the substrate. Electronic band structure calculations of Mo3S2, Mo2S, Mo5S3, and Mo4S showed their metallic behavior, while phonon properties calculations indicated their dynamic stability and substrate-induced modulation of the phonon density of states. Finally, we use the ab initio thermodynamics approach to predict the synthesis conditions of the discovered structures in the parameter space of the commonly used CVD technique. These results provide insights into computational substrate engineering, allowing one to study the substrate effect on the thermodynamic and dynamical stability of 2D materials and to modulate their electronic and phonon properties for their future applications, as well as to provide guide maps for their experimental synthesis.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

مواد دو بعدی به دلیل خاصیت قابل توجه الکترونیکی ، مکانیکی و نوری مورد توجه قابل توجهی قرار گرفته اند و آنها را کاندیداهای اصلی برای برنامه های الکترونیکی و اپتوالکترونیک نسل بعدی می کنند.علیرغم استفاده گسترده آنها در ترکیب با بسترها در کاربردهای عملی ، از جمله فرآیند ساخت و مونتاژ دستگاه نهایی ، مطالعات محاسباتی اغلب از اثرات تعامل بستر برای سادگی غفلت می کنند.این مطالعه یک روش جدید برای پیش بینی ساختار اتمی مواد 2D بر روی بسترهای دلخواه با ترکیب یک الگوریتم تکاملی ، یک تکنیک تطبیق شبکه ، یک پروتکل آموزش متقابل ماشین آگاهی متقابل و رویکرد ترمودینامیک AB Initio برای پیش بینی شرایط احتمالی ارائه می دهد.سنتز تجربی ساختارهای 2D پیش بینی شده.با استفاده از سیستم MO-S بر روی یک بستر یاقوت کبود C-Cut به عنوان یک مطالعه موردی ، ما چندین ساختار جدید پایدار و متاست قابل استفاده را نشان می دهیم ، از جمله قبلاً شناخته شده 1H-MOS2 و PMMA MO3S2 ، P-1 MO2S ، P21M MO5S3 و P4MM MO4S MO4S، جایی که ساختار MO4S به طور خاص با تعامل با بستر تثبیت می شود.محاسبات ساختار باند الکترونیکی از MO3S2 ، MO2S ، MO5S3 و MO4 رفتار فلزی خود را نشان داد ، در حالی که محاسبات خصوصیات فونون نشان دهنده پایداری پویا و مدولاسیون ناشی از بستر آنها از چگالی آوایی حالت ها بود.سرانجام ، ما از روش ترمودینامیک AB Initio برای پیش بینی شرایط سنتز ساختارهای کشف شده در فضای پارامتر تکنیک CVD متداول استفاده می کنیم.این نتایج بینش در مورد مهندسی بستر محاسباتی را ارائه می دهد ، به فرد امکان می دهد تا اثر بستر را بر پایداری ترمودینامیکی و پویا از مواد 2D بررسی کند و خصوصیات الکترونیکی و فونون خود را برای کاربردهای آینده خود و همچنین تهیه نقشه های راهنما برای سنتز تجربی خود تنظیم کند.