Katı malzemelerin yapısını, kararlılığını ve işlevselliğini belirleyen bağsız etkileşimlerin kimyasal kökenlerini anlamak, malzeme biliminin en zorlu alanlarından biri olmuştur. Araştırmacılar bu soruna çözüm getirmek için yeni bir analiz yöntemi geliştirdi.
Geliştirilen yöntem, mutlak lokalize moleküler orbital enerji ayrışım analizini katı malzemelere uyarlayarak, yoğunluk fonksiyonel teorisi seviyesinde bağsız etkileşimleri nicel olarak değerlendiriyor. Bu yaklaşım, toplam enerjilerden tek başına çözülmesi zor olan kimyasal etkileşimleri üç temel bileşene ayırıyor: donmuş etkileşimler, polarizasyon ve yük transferi.
Araştırma kapsamında moleküler kristaller, moiré hetero-çift katmanlar ve katmanlı perovskite hetero-yapılar incelendi. Analizler, kafes oluşum enerjilerini, katmanlar arası bağlanma enerjilerini ve bant yapısı değişikliklerini kimyasal olarak anlaşılır bileşenlere ayırarak yorumlamayı mümkün kılıyor.
Bulgular arasında ilaç kristallerinde polimorf kararlılığının dispersiyon kuvvetleriyle kontrol edildiği, MoS2/WSe2 sistemlerinde yerel istiflemenin katmanlar arası bağlanmayı modüle ettiği ve alkali katyon değişiminin katmanlı perovskitelerin kuantum kuyu karakterini değiştirdiği yer alıyor. Bu yöntem, gelecekte yeni malzeme tasarımında önemli bir araç haline gelebilir.