{"id":3720,"date":"2022-02-21T12:00:52","date_gmt":"2022-02-21T11:00:52","guid":{"rendered":"https:\/\/fusioncat.es\/?p=3720"},"modified":"2022-02-18T13:28:14","modified_gmt":"2022-02-18T12:28:14","slug":"bsc3","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/noticies\/bsc3\/","title":{"rendered":"[Tech] Desenredant l\u2019estructura electr\u00f2nica del tungst\u00e8"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/p>\n

 <\/p>\n

FusionCAT \u00e9s un projecte que t\u00e9 com a objectiu promoure la col\u00b7laboraci\u00f3 entre universitats i centres d\u2019investigaci\u00f3 de Catalunya, mitjan\u00e7ant la creaci\u00f3 d\u2019una comunitat d\u2019investigaci\u00f3 activa enfocada al desenvolupament de tecnologies d\u2019energia de fusi\u00f3. El projecte est\u00e0 coordinat pel Barcelona Supercomputing Center \u2013 Centro Nacional de Supercomputaci\u00f3n (BSC, https:\/\/www.bsc.es<\/a>) que participa en tots els grups de tasques t\u00e8cniques. La fabricaci\u00f3 de materials segurs i de llarga durada per als reactors de fusi\u00f3 \u00e9s un aven\u00e7 fonamental cap l\u2019energia de fusi\u00f3. L\u2019estudi i desenvolupament de materials per a reactors de fusi\u00f3 (paquet de treball 3.4 del projecte) \u00e9s una de les tecnologies clau a desenvolupar durant aquest projecte, i \u00e9s dut a terme pel BSC Fusion Group. En particular, els investigadors del BSC Julio Guti\u00e9rrez Moreno<\/a>, Stephan Mohr<\/a> i Mervi Mantsinen<\/a> lideren les tasques de FusionCAT en simulacions at\u00f2miques de materials basades en la Teoria del Funcional de la Densitat (DFT) mitjan\u00e7ant el codi BigDFT<\/a>.<\/p>\n

Durant els \u00faltims anys, el tungst\u00e8 (W) s\u2019ha convertit en un dels principals candidats per a ser material principal de primera paret en reactors de fusi\u00f3 gr\u00e0cies a la seva resist\u00e8ncia, elevat punt de fusi\u00f3 i baixa retenci\u00f3 de triti. A m\u00e9s, els compostos del tungst\u00e8 s\u2019utilitzen en diverses aplicacions tecnol\u00f2giques, com per exemple a la cat\u00e0lisi o a la nanoelectr\u00f2nica. L\u2019estabilitat i propietats dels materials estan estretament relacionats amb la seva configuraci\u00f3 electr\u00f2nica, de manera que l\u2019estudi d\u2019aquesta \u00e9s clau per al disseny i implementaci\u00f3 de tecnologies basades en el tungst\u00e8. No obstant, i malgrat els grans esfor\u00e7os portats a terme en les \u00faltimes d\u00e8cades, l\u2019estrucutura electr\u00f2nica del W encara no ha sigut caracteritzada de manera precisa a dia d\u2019avui.<\/p>\n

En un article recent publicat a Physical Review B <\/strong>titulat Lifetime effects and satellites in the photoelectron spectrum of tungsten metal<\/em><\/strong> (veure article <\/em>aqu\u00ed<\/em><\/strong><\/a>), s\u2019han combinat experiments d\u2019\u00faltima generaci\u00f3 i m\u00e8todes te\u00f2rics de c\u00e0lcul ab-initio<\/em> per a proporcionar el que probablement sigui l\u2019an\u00e0lisi m\u00e9s prec\u00eds de l\u2019estructura electr\u00f2nica del tungst\u00e8 fet fins a la data.<\/p>\n

Aquest projecte ha sigut dirigit per Curran Kalha y Anna Regoutz (grup d\u2019Espectroscopia de Raigs X Aplicada \u2013 Applied X-ray Spectroscopy (AXS) group<\/a> a la University College London), els quals van caracteritzar l\u2019espectre del tungst\u00e8 utilitzant una combinaci\u00f3 d\u2019espectrosc\u00f2pia de fotoelectrons de raigs X durs i tous d\u2019alta resoluci\u00f3 (SXPS y HAXPES) amb espectrosc\u00f2pia de p\u00e8rdua d\u2019energia d\u2019electrons en el mode de reflexi\u00f3 (REELS).<\/p>\n

Les mesures experimentals han sigut obtingudes amb c\u00e0lculs ab-initio<\/em>, que recolzen la interpretaci\u00f3 dels complexos espectres del tungst\u00e8. Els c\u00e0lculs ab-initio amb BigDFT<\/strong> s\u2019han utilitzat per a calcular la densitat projectada d\u2019estats (PDOS) del tungst\u00e8.<\/strong> Les tasques computacionals han sigut realitzades per l\u2019equip de modelat de materials del BSC per a FusionCAT en estreta col\u00b7laboraci\u00f3 amb la desenvolupadora de BigDFT Laura Ratcliff (Imperial College London). BigDFT \u00e9s un codi prec\u00eds i flexible que realitza simulacions ab-initio a escala at\u00f2mica. El codi es desenvolupa conjuntament al BSC i \u00e9s una de les eines clau utilitzades en les activitats de modelat de materials del projecte FusionCAT. La versi\u00f3 d\u2019escala lineal del codi (LS per les seves sigles en angl\u00e8s) pot modelar sistemes at\u00f2mics amb milers d\u2019\u00e0toms amb alta precisi\u00f3 i reproductibilitat, superant les limitacions d\u2019escalat del DFT tradicional, on el cost computacional augmenta c\u00fabicament amb la mida del sistema. Els c\u00e0lculs de LS-BigDFT (presentats a la Figura 1.a) coincideixen amb els resultats d\u2019altres m\u00e8todes te\u00f2rics utilitzats en aquest estudi i s\u00f3n comparables amb les mesures experimentals a la banda de val\u00e8ncia, identificant clarament l\u2019espectre i posicions relatives d\u2019energia. Aquests resultats fixen les bases per a descriure sistemes m\u00e9s complexos com estructures de tungst\u00e8 desordenades, defectuoses o dopades en estadis futurs amb alta precisi\u00f3 i reproductibilitat.<\/strong><\/p>\n

 <\/p>\n

\"Figure

Figura 1<\/strong> Comparaci\u00f3 dels espectres de densitat projectada d\u2019estats projectats (PDOS) calculats amb DFT y G0W0 amb els espectres de banda de val\u00e8ncia de l\u2019espectrosc\u00f2pia de fotoelectrons de raigs X durs (HAXPES). (a) C\u00e0lculs de LS-BigDFT utilitzant un conjunt de funcions de base de wavelets, (b) DFT amb Quantum Espresso utilizant ones planes i (c) c\u00e0lculs de G0W0. Figura adaptada de arXiv:2109.04761. M\u00e9s detalls sobre les mesures experimentals i m\u00e8todes te\u00f2rics, i una descripci\u00f3 m\u00e9s detallada del treball es poden consultar a les seg\u00fcents versions de l\u2019article aqu\u00ed<\/a> o aqu\u00ed<\/a><\/small><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

A m\u00e9s, l\u2019an\u00e0lisi exhaustiu de l\u2019espectre del nucli, obtingut per la combinaci\u00f3 de mesures amb SXPS i HAXPES, proporciona nova informaci\u00f3 sobre la naturalesa de les transicions espec\u00edfiques que expliquen els pics sat\u00e8lit observats. Les funcions espectrals calculades a partir de la teoria de pertorbacions de molts cossos <\/em>(many-body perturbation theory o MBPT) basada en el m\u00e8tode de la funci\u00f3 de Green GW i \u201cGW m\u00e9s cumulant\u201d (GW+C) s\u2019han utilitzat per a respatllar les assignacions experimentals de l\u2019espectre. Aquests c\u00e0lculs s\u2019han dut a terme pel grup d\u2019investigaci\u00f3 liderat per Johaness Lischner<\/a> al Imperial College London.<\/p>\n

Els resultats i la metodologia detallats en aquest article proporcionen informaci\u00f3 clau per a les aplicacions fonamentals i industrials del tungst\u00e8 i seran \u00fatils per a l\u2019exploraci\u00f3 futura d\u2019altres materials amb estructures electr\u00f2niques complexes.<\/p>\n