Theory of novel 2D materials Teori av nya 2D material Kol är ett unikt grundämne i periodiska systemet, kanske det viktigaste grundämnet för existensen av liv. Sedan urminnes tider har olika former av kol varit kända och använts i det dagliga livet. Den mjuka silvergrå formen av rent kol som finns i vanliga pennor består av tunna blad av kolatomer som är sammanbundna. När dessa blad separeras, får man tvådimensionella filmer av kol, med endast en atoms tjocklek, detta är grafen. Grafen representerar en ny klass av material vars lågdimensionella egenskaper har mycket spännande fysik. Dess ledningsegenskaper indikerar att nya kraftfulla elektriska apparater finns inom räckhåll. Bara det faktum att grafen finns som en perfekt tvådimensionell kristall utmanar våra tidigare fundamentala insikter om att kristaller med ordning över långa avstånd inte kan finnas i två dimensioner. Sammanfattningsvis är grafen en ledstjärna för dagens materialveteskap och teknologi. Vikten av grafen har uppmärksammats genom att tilldela Nobelpriset i fysik 2010 till Andrei Geim och Kostya Novoselov for dess upptäckt. Inspirerade av grafen har mycket forksning lagts på att hitta andra 2D material. Det här projektet behandlar inte bara grafen, utan även andra 2D material, som t.ex. 2D hexagonal bornitrid, silicene (en form av 2D kisel) eller germanen i kristallin eller amorf struktur. För ökat vetande samt möjligheten att utveckla ny teknologi krävs kunskaper om materialens egenskaper både från ett teoretiskt och experimentellt perspektiv. De exotiska egenskaper hos grafen är en stor utmaning för materialvetenskapen. Vi ämnar här studera några av dessa komplexa egenskaperna med hjälp av datorsimuleringar. Materialteoretiska beräkningar spelar idag en central roll för att föra dagens teknologi framåt. State-of-the-art beräkningsmodeller tillsammans med stor datorkraft har idag möjliggjort att vi kan få förståelse av materialegenskaper på en mikroskopisk skala. Dessa verktyg kommer att användas till att studera stabiliteten hos 2D ytor, magnetisk växelverkan mellan metall adatomer på ytorna samt transportegenskaper hos amorfa 2D strukturer och möjligheten att använda grafen som som ett effektivt energi material för framtida miljövänlig teknologi. Simuleringarna kommer att genomföras med hjälp av densitetsfunktionalteori (DFT), ett teoretisk verktyg för vilket Walter Kohn fick Nobelpriset i kemi 1998. DFT används idag rutinmässigt för att analysera samt förutspå materialegenskaper inom fysik, kemi samt biologi. Med hjälp av DFT baserade metoder kommer vi öka förståelsen för olika nya 2D material. Vid sidan av DFT kommer vi använda klassisk molekyldynamik för att studera amorfa strukturer, för vilka vi sedan beräknar transportegenskaperna. Studierna kommer ge värdefulla insikter vilka sedan kan användas i nya spännande tillämpningar. This proposal deals with the study of novel 2D materials, which are considered to be highly potential candidates for future nanoelectronics.In this project, we will carry out detailed theoretical investigations of several important properties of graphene and other 2D materials (silicene, germanene, boron nitride) by ab initio density functional theory. The theoretical studies will be intimately connected to in-house experiments carried out in Uppsala from the point of view of spectroscopy and defect induced changes in the structures and transport properties. In our constellation, the participation of researchers of various expertise in ab initio theory, molecular dynamics, magnetism and spectroscopy will be extremely valuable in the understanding of the properties of these 2D materials. The present proposal is very significant to diversify the scope of scientific research and training of young researchers by establishing collaboration with the research group in Tribhuvan University in Nepal. The project will be carried out by means of collaborative visits, training of young students by arranging schools and workshops, joint scientific publications and organization of international conferences in both countries.