I materiali funzionali ibridi combinano componenti organici e inorganici e hanno molte proprietà vantaggiose. Sono comunemente utilizzati nelle tecnologie emergenti, come nuovi dispositivi elettronici e soluzioni per l'energia verde. Il controllo delle proprietà di questi materiali richiede una conoscenza dettagliata della loro struttura atomica, in particolare la configurazione degli adsorbati molecolari nell'interfaccia ibrida organico-inorganico. L'identificazione della struttura di adsorbati non planari voluminosi è spesso irraggiungibile, anche con strumenti all'avanguardia. L'interpretazione della struttura delle molecole voluminose dalle immagini della microscopia a forza atomica (AFM) è impegnativa, e trovare le strutture stabili utilizzando simulazioni di meccanica quantistica è computazionalmente intrattabile con i metodi convenzionali. In un recente lavoro di Jari Järvi, Benjamin Alldritt, Ondřej Krejčí, Milica Todorovic, Peter Liljeroth e Patrick Rinke, è stato sviluppato un nuovo metodo interdisciplinare per identificare adsorbati voluminosi combinando la ricerca della struttura dell'intelligenza artificiale con simulazioni ed esperimenti AFM.

In questo nuovo approccio, le strutture del modello stabile vengono prima identificate utilizzando lo strumento di intelligenza artificiale Bayesian Optimization Structure Search (BOSS), che è stato recentemente sviluppato in CEST. Le migliori strutture candidate vengono scansionate in pile di immagini utilizzando simulazioni AFM con diverse altezze della punta del microscopio. Le strutture del modello sono correlate agli esperimenti confrontando le caratteristiche dell'immagine negli stack di immagini AFM simulate e sperimentali, che permette di identificare le configurazioni sperimentali. In un recente articolo, J. Järvi et al. hanno dimostrato questo metodo identificando la struttura della (1S)-canfora (una tipica molecola voluminosa) sulla superficie del Cu(111). Questo materiale è stato precedentemente studiato con AFM, ma dedurre la struttura dalle immagini è stato inconcludente. Utilizzando questo nuovo approccio, hanno identificato con successo tre configurazioni distinte di (1S)-canfora su Cu(111) negli esperimenti.

Il metodo presentato può essere applicato ad altri problemi di ricerca della struttura di adsorbimento e combinato con altre tecniche sperimentali. L'analisi di singole molecole è solo il primo passo verso lo studio di assemblaggi molecolari più complessi e successivamente la formazione di monostrati. Le conoscenze strutturali acquisite possono aiutare a ottimizzare le proprietà funzionali di questi materiali.

L'articolo di ricerca è pubblicato in Materiali funzionali avanzati .