(CONNECT) Einem interdisziplinären Forscherteam der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf und Thun ist es mittels Künstlicher Intelligenz (KI) gelungen die amorphe Struktur dünner Schichten von Aluminiumoxid, das die chemische Formel Al2O3 besitzt, auf atomarer Ebene zu berechnen. Laut einer Mitteilung gibt ihr Modell, das experimentelle Daten, Hochleistungssimulationen und maschinelles Lernen vereint, Auskunft über die atomare Anordnung in amorphen Al2O3-Schichten und ist das erste seiner Art.
Neben den gut analysierten kristallinen Formen kann Aluminiumoxid auch in ungeordneter Form, also amorph vorliegen. „Kristalline Materialien bestehen aus kleinen, sich regelmässig wiederholenden Untereinheiten“, wird Vladyslav Turlo aus dem Labor Advanced Materials Processing der Empa in Thun in der Mitteilung zitiert. Diese lassen sich gut analysieren. Dagegen sind amorphe Strukturen schwer zu untersuchen und noch schwerer zu modellieren. „Wenn wir das Wachstum einer dünnen Beschichtung aus amorphem Aluminiumoxid auf atomarer Ebene von Grund auf simulieren würden, würde die Berechnung mit heutigen Methoden länger dauern als das Alter des Universums“, gibt Turlo weiter an.
Gemeinsam mit Forschenden aus dem Labor Mechanics of Materials and Nanostructures und dem Joining Technologies and Corrosion-Labor in Dübendorf hat das Team experimentelle Daten, Hochleistungssimulationen und maschinelles Lernen vereint. Innerhalb eines Tages erhielten sie so Informationen über die atomare Anordnung in den amorphen Al2O3-Schichten. Dabei wurden neben den Aluminium- und Sauerstoffatomen des Materials auch eingeschlossene Wasserstoffatome mit in die Untersuchungen aufgenommen. „Amorphes Aluminiumoxid enthält je nach Herstellungsmethode unterschiedlich grosse Anteile an Wasserstoff“, erklärt Ko-Autor Ivo Utke vom Labor Mechanics of Materials and Nanostructures. Hier sehen die Forscher auch einen Ansatz für eine künftige Anwendung von amorphem Aluminiumoxid bei der Herstellung von grünem Wasserstoff. Die Ergebnisse sind aktuell in der Fachzeitschrift „npj Computational Materials“ veröffentlicht. ce/eb