ساختار پنهان پرسپکیت‌های هالیدی با کمک یادگیری ماشینی شناسایی شد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،افزایش تقاضای جهانی برای انرژی مرز‌های فناوری خورشیدی را جابه‌جا کرده است. اکنون گروهی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی چالمرز سوئد گامی مهم در مسیر بهره‌برداری از پتانسیل پرسپکیت‌های هالیدی برداشته‌اند.

به گزارش sciencedaily، تقاضای جهانی برای برق با سرعتی فزاینده در حال رشد است و یافتن روش‌های پایدار برای پاسخ به نیاز‌های آینده را به ضرورتی انکارناپذیر بدل کرده است. یکی از امیدبخش‌ترین راهکار‌ها توسعه مواد پیشرفته برای سلول‌های خورشیدی است؛ موادی که می‌توانند بسیار نازک و انعطاف‌پذیر تولید شوند و از گوشی‌های هوشمند گرفته تا کل نمای ساختمان‌ها را بپوشانند.

پژوهشگران چالمرز در تلاش برای بررسی یکی از امیدبخش‌ترین و در عین حال پیچیده‌ترین گزینه‌ها، یعنی پرسپکیت‌های هالیدی پیشرفت چشمگیری داشته‌اند. آنان با ترکیب شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و یادگیری ماشینی موفق شده‌اند به رمزگشایی رفتار پیچیده این مواد نزدیک‌تر شوند.

به گفته آژانس بین‌المللی انرژی در حال حاضر برق حدود ۲۰ درصد از مصرف جهانی انرژی را شامل می‌شود و این سهم طی ۲۵ سال آینده به بیش از ۵۰ درصد خواهد رسید. این چشم‌انداز ضرورت توسعه فناوری‌های پاک و کارآمد انرژی را دوچندان می‌کند.

جولیا ویکتور، پژوهشگر اصلی این مطالعه و دانشیار دانشگاه چالمرز گفت: برای پاسخ به این تقاضا، نیاز فزاینده‌ای به روش‌های نوین، دوستدار محیط زیست و کارآمد در تبدیل انرژی وجود دارد؛ از جمله سلول‌های خورشیدی کارآمدتر. یافته‌های ما برای طراحی و کنترل یکی از امیدبخش‌ترین مواد سلول خورشیدی حیاتی است. بسیار هیجان‌انگیز است که اکنون روش‌های شبیه‌سازی در اختیار داریم که می‌توانند به پرسش‌هایی پاسخ دهند که تنها چند سال پیش بی‌پاسخ بودند.

مواد موسوم به پرسپکیت‌های هالیدی به عنوان یکی از نویدبخش‌ترین گزینه‌ها برای تولید سلول‌های خورشیدی سبک، انعطاف‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه مطرح هستند. این مواد در جذب و نشر نور عملکردی بسیار کارآمد دارند و کاربرد آنها تنها به سلول‌های خورشیدی محدود نیست بلکه در ساخت ادوات اپتوالکترونیکی مانند لامپ‌های LED نیز مورد توجه‌اند.

با این حال مشکل اصلی این مواد ناپایداری آنهاست. به‌ویژه ترکیب بلورین فرمامیدینیوم سرب یدید که خواص اپتوالکترونیکی فوق‌العاده‌ای دارد، اما به دلیل بی‌ثباتی، استفاده گسترده از آن محدود مانده است. پژوهشگران می‌گویند این مشکل با ترکیب دو نوع پرسپکیت هالیدی قابل حل است، اما برای به‌کارگیری بهینه آن، شناخت عمیق‌تری از این مواد ضروری است.

رمزگشایی یک فاز ناشناخته

تیم تحقیقاتی دانشگاه چالمرز توانسته است توضیح دقیقی درباره یک فاز کلیدی از این ماده ارائه کند؛ فازی که تاکنون تنها با آزمایش‌های تجربی قابل توصیف نبود. درک این فاز برای طراحی و کنترل ماده و ترکیبات مبتنی بر آن حیاتی است. نتایج این پژوهش به‌تازگی در نشریه Journal of the American Chemical Society منتشر شده است.

سانگیتا دوتا، پژوهشگر چالمرز گفت: فاز دمای پایین این ماده سال‌ها یک قطعه گمشده در پازل تحقیقات بود و اکنون توانسته‌ایم پرسش بنیادی درباره ساختار این فاز را پاسخ دهیم.

نقش یادگیری ماشینی در پیشرفت

تخصص پژوهشگران در ساخت مدل‌های دقیق رایانه‌ای از مواد مختلف امکان شبیه‌سازی این مواد در سناریو‌های متنوع را فراهم کرده است. هرچند مدل‌سازی پرسپکیت‌های هالیدی چالش‌برانگیز است، چرا که شناسایی و رمزگشایی خواص آنها به ابررایانه‌ها و زمان‌های طولانی شبیه‌سازی نیاز دارد.

دوتا توضیح داد: با ترکیب روش‌های استاندارد خود با یادگیری ماشینی توانستیم شبیه‌سازی‌هایی انجام دهیم که هزاران بار طولانی‌تر از گذشته هستند. اکنون مدل‌های ما می‌توانند میلیون‌ها اتم را در بر گیرند، نه فقط صد‌ها اتم؛ که این موضوع آنها را به شرایط واقعی نزدیک‌تر می‌کند.

همخوانی آزمایش و شبیه‌سازی

پژوهشگران موفق شدند ساختار فرمامیدینیوم سرب یدید را در دما‌های پایین شناسایی کنند. همچنین دریافتند که مولکول‌های فرمامیدینیوم هنگام سرد شدن ماده در حالت نیمه‌پایدار گیر می‌کنند. برای اطمینان از صحت یافته‌ها، آنها با تیمی از پژوهشگران دانشگاه بیرمنگام همکاری کردند و ماده را تا دمای منفی ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد سرد کردند تا آزمایش‌ها با شبیه‌سازی‌ها هم‌خوانی داشته باشد.

اریک فرانسون از دپارتمان فیزیک دانشگاه چالمرز گفت: امیدواریم بینش‌هایی که از این شبیه‌سازی‌ها به دست آورده‌ایم بتواند در آینده به مدل‌سازی و تحلیل بهتر مواد پیچیده پرسپکیت هالیدی کمک کند.