4D STEM energijsko učinkovitih materialov do kvantne ravni

V predlaganem velikem interdisciplinarnem projektu želimo raziskati možnosti uporabe novih 4D STEM tehnik za poglobljeno karakterizacijo izbranih najsodobnejših funkcijskih energijsko učinkovitih materialov. Li-ionske baterije, elektrokatalizatorji, magnetni in feroelektrični materiali se nahajajo v številnih aplikacijah za nastajajoče zelene tehnologije. Funkcijske lastnosti teh materialov, kot so napetostna, električna in magnetna polja, v kombinaciji s spremembami v atomski strukturi in porazdelitvijo gostote naboja odločilno vplivajo na uporabo teh materialov. Med številnimi tehnikami karakterizacije materialov, ki omogočajo preučevanje teh lastnosti, izstopa vrstična presevna elektronska mikroskopija (STEM) in zlasti na novo razviti pristopi 4D STEM, s katerimi lahko študiramo material do kvantnega nivoja. V predlaganem projektu bomo vzpostavili platformo metodologije 4D STEM, ki bo temeljila na modelnih materialih, podprto s izračuni iz prvih principov in pristopi strojnega učenja. Ta metodologija bo uporabljena pri izbranih funkcijskih energijsko učinkovitih materialih, za študij napetostnega in električnega polja, pridobivanje kvantitativnih informacij o lokalnih magnetnih momentih, magnetnih tekstur, določanje pozicij lahkih elementov v vzorcih občutljivih na elektronski snop in za določevanje porazdelitve gostote naboja. Pridobljeno znanje bo osnova nadaljnjim raziskavam pri oblikovanju novih funkcijskih materialov z izboljšanimi lastnostmi. Predlagani projekt bo združeval strokovno znanje na področju sinteze in karakterizacije aplikativnih materialov, teoretične fizike in informacijske tehnologije, ki izhaja iz dveh vodilnih slovenskih raziskovalnih inštitutov in ga bomo bogatili z že ustaljenimi sodelavami s številnimi evropskimi raziskovalnimi skupinami in ustanovami.