Raman spektrien tehokas automatisoitu laskenta elektronirakenne-menetelmillä

Raman-spektroskopia on tehokas väline materiaalien ominaisuuksien tutkimiseen. Ymmärtääkseen Raman-spektrejä tutkijat vertaavat niitä tunnettuihin referensseihin, jotka löytyvät tutkimusjulkaisuista tai kokeellisista kokoelmista. Raman-spektrejä on mahdollista simuloida myös laskennallisilla fysiikan menetelmillä, mutta nämä menetelmät ovat yleensä hyvin vaativia ja aikaa vieviä, mikä on estänyt suurien simuloitujen Raman-spektrien tietokantojen koostamisen.

Tässä väitöskirjassa kehitettiin tehokkaampi tapa laskea Raman-spektrejä. Tämän lähestymistavan avulla luotiin suuri tietokanta, jossa oli spektrit 5 099 eri materiaalille, mukaan lukien puolijohteet ja eristeet. Tämä tietokanta on yleisön saatavilla Computational Raman Database -sivustolla (https://ramandb.oulu.fi/).

Uusi laskentamenetelmä ja kerätyt tiedot mahdollistivat lisätutkimuksen useilla aloilla. Kehitettiin uusia menetelmiä materiaalien luokitteluun niiden dimensionaalisuuden perusteella, mikä johti uusien kaksiulotteisten materiaaliehdokkaiden tunnistamiseen. Silikaattien rakenteen ja niiden Raman-spektrien välistä suhdetta tutkittiin, ja samalla tuotiin esiin samankaltaisia rakenteita omaavien materiaalien yhtäläisyyksiä. Lopuksi optimoitua laskentamenetelmää käytettiin uusien materiaalien Raman-spektrien simulointiin, mikä auttoi tutkijoita tunnistamaan nämä materiaalit kokeellisista spektreistä.