Fundamentele studies op basis van computationele fysica vormen een essentieel onderdeel van veel verschillende takken van onderzoek - van medische technologie tot mobiele communicatie. Javad Hashemi heeft de elektronische eigenschappen en geleidbaarheid van verschillende structuren op basis van koolstofnanobuisjes bestudeerd in zijn proefschrift voor de Aalto University Department of Applied Physics.

Het onderzoek van Javad Hashemi is een poging om de kloof tussen experimentele en theoretische natuurkunde te overbruggen.

"In computationele fysica hebben we twee algemene gebieden:methodeontwikkeling en toepassing, die werkelijke systemen op nanoschaal simuleert, meestal met supercomputers. Mijn werk is een combinatie van beide, " beschrijft Hashemi.

Hashemi heeft fundamenteel onderzoek gedaan naar zowel de dichtheidsfunctionaliteitstheorie als de dichtheidsmatrixtheorie. De eerste wordt gebruikt om de elektronische eigenschappen van een fysiek systeem te berekenen op basis van zijn elektronische dichtheid.

"Dichtheidsfunctionaliteiten hebben veel tekortkomingen vanwege de benaderingen die we ervoor gebruiken. Een dichtheidsmatrix, anderzijds, kan nauwkeurigere resultaten opleveren en stelt ons in staat om de eigenschappen van elektronische systemen nauwkeuriger te berekenen."

"De studie van nanobuisstructuren en grafeen is tegenwoordig een zeer hot topic in nano-elektronica, en mijn computationeel onderzoek kan verklaringen geven voor verschijnselen die in experimenten zijn waargenomen."

De basis van buigbare en transparante nano-elektronica

Wanneer toegepast op "real-world" apparaten, koolstofnanobuisjes zijn nooit compleet en ongerept:defecten en onvolkomenheden beïnvloeden de stroom van elektronen. Hashemi's onderzoek streeft ernaar te begrijpen wat het effect is van defecten op de geleidbaarheid van nanobuisjes en hoe deze eigenschappen kunnen worden gebruikt om elektronische apparaten te construeren.

"We hebben koolstofnanobuisjes bestudeerd, dat zijn cilinders gemaakt van een enkele atomaire laag koolstof en probeerden erachter te komen hoe de elektronische stroom verandert wanneer deze door de buis wordt aangebracht. De gevolgen van de defecten en verstoringen, bijvoorbeeld van vreemde waterstofatomen, over het elektronisch transport in de buizen moet bekend zijn."

Hashemi schildert een prospectieve toepassing voor de koolstof nanobuisstructuren:zeer dun, transparante en buigbare elektronische apparaten, bijvoorbeeld mobiele telefoons.

"Goede kandidaten voor flexibele elektronische apparaten zijn koolstofnanobuisjesnetwerken:een matachtig netwerk waarop veel koolstofnanobuisjes zitten. wij moeten weten, hoe de stroom van de ene nanobuis naar de andere gaat."

"Dit is de gecompliceerde fysica achter flexibele elektronische apparaten. Hoewel fundamenteel onderzoek als dit nu misschien iets ver van het echte leven lijkt, het is de basis van alle moderne technologische apparaten, en het zal helpen om in de toekomst betere apparaten te maken voor een gemakkelijker leven."