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简历
我在米兰理工大学获得了航空航天工程学士学位，随后于 2012 年获得了空间工程专业硕士学位，论文内容是形状记忆合金 (SMA) 在光学支撑系统中的应用，论文的数值和实验研究与意大利国家研究委员会 (CNR) 的 IENI 研究所（现 ICMATE 研究所）和国家天体物理研究所 (INAF) 下属的布雷拉天文台 (OAB) 合作完成。随后，我获得了航空航天工程博士学位，通过优化基于 NiTi 合金的执行器有限元建模的本构定律，深入研究了 SMA，从而获得了对材料热力学机制和技术设计方面（尤其是执行机构）的全局视野。在攻读博士学位期间，我在德国的 iMSL（智能材料系统实验室）工作了一段时间，与一支在形状记忆合金执行器的设计和控制方面拥有丰富专业知识的团队一起工作。在随后的几年里，我在航空航天科学与技术系（DAER）工作，先是担任研究员，现在担任技术人员，我将研究领域扩展到其他类别的智能材料 - 特别是光纤传感器 - 以及一般的智能结构，除了研究传感/驱动机制外，还研究与先进复合材料相关的方面以及复合结构中智能元件的嵌入技术。
Si（100）热氧化动态建模
自 20 世纪 50 年代以来，硅及其原生氧化物 SiO 2 就已用于半导体技术，并且对于当今新型器件技术的开发仍然至关重要。最近的理论和实验研究表明，制造高质量的界面层对于现代纳米级器件的可靠运行至关重要。本文提出了一种基于第一性原理的方法，从理论上评估 2 纳米以下超薄层范围内技术相关的 Si(100) 表面的热氧化过程。通过从头算分子动力学和基于密度泛函的紧密结合模拟动态模拟氧化过程。我们定性地解释了实验上众所周知但理解甚少的初始氧化阶段氧化速率下降，这是各种氧化机制之间的复杂相互作用，例如表面的快速 O 2 解离、由分子前体状态介导的较慢氧结合以及 O 2 通过氧化物的扩散。我们的模型结合了以前报告的实验见解，形成了 Si 氧化物生长的全面图像。发现氧化物表面层立即非晶化的有力证据，并确定这是晶格振动的直接结果。此外，我们的建模方法是一种基于晶体硅表面的逐步氧化来生成逼真的非晶界面结构的新方法，也可以扩展到其他材料系统。
纳米级非共线旋转纹理D2D Heusler Compound
和铁磁交换相互作用。也许最广泛研究的旋转纹理是，首先是在非中心体B20化合物中观察到的类似Bloch的天空，无论是在单个Crys-talls [5]中，在[10]和第二个薄膜中的外皮膜中，第二，在薄膜中层中的Néel-like skyrim层中的néel-like skyrim层中的厚度金属层和厚度的厚度层均层层。[6,11]前者依赖于体积，后者是派生的dmi界面。在最近的研究中，已经证明了基于四Yz的逆元2 yz的抗速素家族可以维持磁性反孔m，[12-14]另一种类型的非共线性自旋纹理，表现出独特的拓扑特征，此外，椭圆形的bloch skyrmions。[15]这些纹理是基础D 2D晶体对称性的结果，该晶体对称性必然引起各向异性DMI。该DMI还导致反对者在场和温度方面的稳定性增强，并且通过简单地改变存在的薄片的厚度来使其大小的极端可调性。[16,17]后者是偶极 - 偶极相互作用的结果，在与低对称性相对的相对量中很重要，例如D 2D，也解释了同一材料系统中椭圆形Bloch Skyrmions的可能性。[15,18,19]
利用纳米材料构件制造功能材料
我专注于在原子层面控制、理解和引导材料特性的整体愿景。这使得能够智能设计和制造具有针对特定应用的属性的材料。我采用多学科方法解决现实世界的问题，结合设计和制造用于有针对性应用的纳米材料的能力，以及先进的光谱工具，以充分了解这些材料的功能。这种方法已被用于在许多领域生成功能性纳米材料，包括：氧化还原液流电池 [ 1 ]；用于气体传感的多功能一维金属纳米线阵列 [ 2 ] 和纳米颗粒催化剂 [ 3 ]。在利兹大学，我建立了一个面向工业的研究小组，将这种独特的方法应用于工业挑战，并与许多领域的多家公司合作，包括非均相催化剂的特性和开发、连续纳米颗粒合成以及自动化和高通量制药和农用化学品制造。通过利用连续流平台和自动化，可以利用性能导向优化来以前所未有的效率改进流程，从而缩短开发时间并促进规模扩大。具体来说，从纳米材料的角度来看，这涉及纳米颗粒系统的制造和使用，但这种方法可以用于化学的其他领域，例如制药工艺开发。本次演讲将概述该小组在制造方法和纳米材料系统应用方面取得的一些最新进展。参考文献
在包含Ni-Al合金的金属间加工过程中微结构演变的建模
摘要：对激光熔化过程（例如，对于金属添加剂制造）越来越感兴趣。建模和数值模拟可以帮助理解和控制这些过程中的微观结构演变。然而，微结构模拟的标准方法通常不适合对激光处理中快速固化相关的动力学效应进行建模，尤其是对于包含金属间相的材料系统。在本文中，我们介绍并采用了量身定制的相位场模型来展示此类系统中微观结构演变的独特特征。最初，使用量身定制的相结合模型重新审视了金属层间合理期间异常分配的问题，并针对Ni-Al二进制系统中B2相的现有实验数据评估了模型预测。随后将模型与晶粒生长的POTTS模型结合在一起，以模拟包含金属间相的多晶合金的激光加工。示例用于激光处理富含镍的Ni-AL合金，以证明该方法在研究处理条件对各种微观结构特征的影响时的应用，例如熔体池中金属间相和受热影响区域的金属间相分布。本研究中使用的计算框架设想为在工业相关材料的激光处理中（例如，在基于NI的Superalloys的激光焊接或添加剂制造中）提供了更多了解微观结构的演变。
集成的光子学和电光设备
David Barton Northwestern University，材料科学与工程系dbarton@northwestern.edu摘要薄薄膜锂尼贝特在绝缘子上（TFLN）是一个有前途的经典和量子光子学的平台，因为它具有内在的宽敞的电 - 功能效果，宽阔的透明度窗口，宽阔的透明度窗口和宽面额的可用性。该平台中驾驶电场和折射率之间的直接连接使光场和电场之间的相互作用有了新的相互作用。本演示文稿将主要关注我使用此平台的博士后工作的工作，以创建集成的光子设备到新的和无与伦比的功能。首先，我将在该平台中描述一些设备示例，以利用强大的电彩调制功能，包括飞秒脉冲的产生，高功率和窄线宽激光器以及微波量量子传感器。接下来，我将重点介绍我们在西北部正在从事的一些工作，以了解该材料系统困扰的低频漂移和稳定性问题的材料起源。最后，我们将提出一些未来的工作，以开发新的集成光子材料和设备，以克服尼贝特锂在绝缘子上的局限性。一起，这项工作开发了更好的结构 - 处理 - 良好的设备的绩效指标，同时激发了综合光子学的新材料开发以突出性能和效率的限制。
对材料优化和发现的主动学习策略进行基准测试
摘要 自主物理科学正在彻底改变材料科学。在这些系统中，机器学习以闭环方式控制实验设计、执行和分析。主动学习是机器学习领域中的最佳实验设计，它选择每个后续实验以最大限度地利用知识来实现用户目标。通过实施科学机器学习（也称为归纳偏置工程人工智能），可以进一步提高自主系统的性能，它将物理定律（例如吉布斯相律）的先验知识融入算法中。随着主动学习策略的数量、多样性和用途的增长，对现实世界参考数据集进行基准测试的必要性也随之增加。我们提供了一个参考数据集，并以各种获取函数的形式展示了它用于基准测试主动学习策略的用途。主动学习策略用于快速识别三元材料系统中具有最佳物理特性的材料。数据来自实际的 Fe-Co-Ni 薄膜库，包括先前获取的材料成分、X 射线衍射图以及磁矫顽力和克尔旋转这两个功能特性的实验数据。流行的主动学习方法以及最近的科学主动学习方法因其材料优化性能而受到基准测试。我们讨论了算法性能、材料搜索空间复杂度和先验知识的结合之间的关系。简介
从薄晶金膜中获得光致发光的量子力效应
抽象发光构成了对金属热载体过程的独特洞察力，包括用于传感和能量应用的等离子纳米结构中的载体过程。然而，金属发光本质上是弱的，其微观起源仍然存在很广泛的争论，并且它的纳米级载体动力学的潜力在很大程度上无法解释。在这里，我们揭示了从薄单晶金质量产生的发光中的量子力学效应。特别是，我们提供了第一个原理模拟支持的实验证据，以证明其光致发光的起源（即，在互面板中令人兴奋时，会从电子/孔重组中产生的辐射发射）。我们的模型使我们能够确定由于量子机械效应而导致的测得的金发光的变化，因为金纤维厚度降低。令人兴奋的是，这种效应在厚度高达40 nm的发光信号中可观察到，这与费米水平附近电子带结构的平面离散性有关。我们通过第一个原理建模来定性地重现观测值，从而确立了在金单晶型中的发光统一描述，并将其广泛的应用作为携带者的探针，以探测本材料中的载体动力学和光 - 摩擦相互作用。我们的研究为在众多材料系统中的热载体和电荷转移动力学的未来探索铺平了道路。
电气化和氢气在突破可再生能源系统生物质瓶颈中的作用——丹麦能源系统研究
本研究的目的是确定未来完全可再生能源系统的技术解决方案空间，以满足可持续的生物质需求。在向非化石能源和材料系统过渡的过程中，生物质是一种有吸引力的碳源，以满足非化石系统中对高密度、含碳燃料和原料的需求。然而，广泛的土地使用已经是一个可持续发展的挑战，未来需求的增长有可能超过全球可持续生物质的潜力，根据国际专家的共识，到 2050 年，全球可持续生物质的潜力约为 10-30 GJ/人/年。我们对 8 项关于完全可再生能源系统设计的独立研究中的 16 种情景进行了分析，并综合了 9 种通用系统设计，揭示了电气化和氢能集成对于建立尊重全球生物质限制的完全可再生能源系统的重要性。我们发现，不同的完全可再生能源系统设计的生物质需求范围为 0 GJ/人/年（高度集成、电气化、纯电燃料场景，氢气需求高达 25 GJ/人/年）到 200 GJ/人/年以上（集成度较低、没有电气化或氢气集成的完全生物能源场景）。我们发现，要保持在可持续生物质限度内，需要至少 15 GJ/人/年的高度系统电气化和氢气集成。
增强近期量子加速器
摘要 当今，人们正在开发具有数十到数百个噪声量子比特的量子计算机。为了在实际应用中发挥作用，我们认为这些近期系统不能简单地缩小为未来容错大型量子计算机的非纠错版本。这些近期系统需要特定的架构和设计属性才能充分发挥其潜力。为了高效执行算法，量子协处理器必须设计为根据量子比特数进行扩展，并在量子比特的退相干范围内最大化有用的计算。在这项工作中，我们采用应用系统量子比特协同设计方法来构建近期量子协处理器。为了支持来自模拟材料系统量子动力学的实际应用领域的算法，我们设计了一个（参数化的）任意单量子比特旋转指令和一个双量子比特纠缠控制 Z 指令。我们引入了动态门集和分页机制来实现这些指令。为了评估这两条指令的功能和性能，我们实现了一个双量子比特版本的算法来研究无序诱导的金属-绝缘体转变，并运行了 60 个随机实例，每个实例实现一个无序配置并包含 40 个双量子比特指令（或门）和 104 个单量子比特指令。我们观察到了该系统随时间演化的预期量子动力学。