Multiscale design of low-dimensional materials for applications in optical nano-devices and nano-electronics Flerskalig design av lågdimensionella material för applikationer i optiska nanoapparater och nanoelektronik Modellering av struktur och tillväxt av inneboende nanostrukturerade material med hjälp av datorsimuleringar är betydligt snabbare och billigare än experimentella försök. Ofta är datorsimuleringar det enda genomförbara alternativet för att relatera ett materials nanostruktur och dess önskade egenskaper med ett möjligt sätt att växa dem i laboratorier. I detta projekt kommer forskarlagen ledda av Gueorgui Gueorguiev (Linköpings Universitet, LiU) och Roberto Rivelino (Federal University of Bahia, UFBA) att använda ett originellt flerskaligt modelleringskoncept som har utvecklats genom deras tidigare samarbete. Detta har demonstrerats som ett kraftfullt simuleringsverktyg, till fördel för unika lågdimensionella och nanostrukturerade material för applikationer i optiska nanoapparater och nanoelektronik så som: (i) konceptuellt nya tvådimensionella AlN-föreningar, ett III-nitriterbaserat alternativ till grafen, vilket inkluderar att förutsäga tillväxten av III-nitriter på grafen och grafit; (ii) nya prekursorer för tillväxten av III-nitriter samt detaljerad modellering av den komplexa kemi som kontrollerar deras tillväxt med syfte att främja experimentella försök; (iii) biomolekyler adsorberade på metallytor för uppkommande nanoelektronik och (iv) andra nanostrukturerade material så som fluorkarbider och nanostrukturerade metallsilicider. Teoretiskt förutsägande och några av dessa viktiga vetenskapsteman (III-nitriter, fluorkarbider) är kopplade till existerande teknikerna för experimentell verifiering vid LiU samt till en styrning av materialens syntetisering i realtid. Det vill säga, det föreslagna projektet sträcker sig långt bortom teoretiska övningar med målet att styra syntetiseringen av industriellt sätt lovande material. Vi förväntar oss att de nya materialen har fördelar inom diversifierade teknologier och därför även samhället i stort. Utkomsten av III-nitrit-delen kan komma att bidra till realiseringen av effektiva, portabla och lönsamma LED-system för vattenrening, där det finns ett stort behov i utvecklingsländer, medan nanostrukturerad fluorkarbid kan resultera i nya material av samma vikt som teflon. De två involverade forskarlagen har uppfunnit unika material och faser, till exempel lågdimensionella kiselborider och kolbaserade ?kedjemallar? för framåtskridande grafenbaserad nanoelektronik. Vi avser att avancera kunskapen om dessa system och även om dessa inte är redo för omedelbar användning inom teknologin, förväntas även våra tidigare upptäckter ha stor vetenskaplig och teknologisk genomslagskraft. Med fokus på grundforskning och metodutveckling siktar vi på en grupp av material som är tidsenliga och av stor relevans för forskningen på nanostrukturer. Vårt okonventionella multinivåkoncept kommer att gynna metodutvecklingen för materialberäkningsvetenskapen, vilket även kan utnyttjas för andra klasser av material. Under ett femårigt samarbete, vilket har involverat mer än 10 medlemmar, har LiU och UFBA framgångsrikt bevisat sin kollaborativa kompetens och vetenskapliga potential genom forskningsresultat och publikationer, gemensam doktorandhandledning samt gemensam forskningsfinansiering. För att behålla och utveckla vår höga nivå av strategiskt samarbete skickar vi denna ansökan till Swedish Research Links hos det svenska vetenskapsrådet. En beviljad ansökan skulle öppna oanade möjligheter för att behålla och utveckla dynamiken i samarbetet mellan LiU och UFBA, bidra till den dynamiska tillväxten av forskning och utbildning i Bahia genom att ge bahaianska studenter möjligheten till träning i Sverige samt möjliggöra för svenska studenter att arbete i Bahia: ett av de äldsta universiteten i den södra hemisfären och det mest dynamiskt utvecklande universiteten i Brasilien. Encouraged by our 5 years-long collaboration success in terms of research outcome, joint publications, joint supervision of PhD students, close researcher-to-researcher relationships, and employment of members of one of the teams by the counterpart; our carefully built complementary competence in computational nano-science, and foreseeing the potential of the multiscale concepts we have been developing and applying together to emerging and technologically impactful material systems, the team led by Gueorgui Gueorguiev (Linköping University, LiU), and the team led by Roberto Rivelino (Federal University of Bahia, UFBA) submit this proposal. We intend to exploit original multiscale modelling concepts evolved in our joint collaborative effort and demonstrated as a powerful tool for simulations, for the benefit of unique low-dimensional and inherently nanostructured materials for applications in optical nano-devices and nano-electronics: conceptually new AlN 2D compounds, novel precursors for growth of III-Nitrides, biomolecules adsorbed on metal surfaces, as well as novel 2D silicon boride systems. Our proposal combines predictive concepts proved in tasks of similar complexity, with readily available experimental techniques (e.g., MOCVD growth of III-Nitrides), with a detailed, realistic schedule for dynamic exchange and diversified training opportunities in two vanguard research environments fully committed to the Swedish Research Links program social and educational goals.