新经网为了创造下一代太阳能电池板和其他光驱动设备，科学家必须模拟复杂的相互作用是如何发生的。跨越不同尺度的建模，从单个原子到具有数千个原子的非常大的系统，提供了所需的见解。在化学评论的一篇评论文章中，一组科学家评估了用于模拟超薄薄膜中电子状态的计算的最新技术。计算和得到的模型为相关的预测电子和光学特性以及光驱动的动态过程提供了新的视角。例如，科学家开发的模型为更好的太阳能电池板和其他太阳能转换技术提供了合理的设计原则。
这篇综述文章提供了一站式理解科学状态的工作，并突出了即将到来的计算挑战，例如模拟大量原子和跨尺度的现象，例如影响更大区域的原子尺度的相互作用。
科学家们回顾了有机和半导体纳米结构中光驱动过程的电子结构计算。他们还回顾了这些计算如何进一步深入了解纳米结构的光学性质和激发动力学。在综述中，这些纳米结构的范围从称为零维度量子点的纳米晶体到纳米管和有机半导体的孤立聚合物链，这些是准一维材料。这些纳米结构的尺寸，形状和拓扑结构控制着它们的特性。
维度定义了这些纳米结构中的“量子限制”并影响电子结构和“光物理学”。例如，量子点的大小决定了电子激发的限制，即电子带隙强烈地取决于量子点的大小。此外，从表面化学到结构无序的因素影响太阳能转换装置中的电子特性以及光收集和载流子传输。科学家们强调了理论，建模和模拟如何能够补充实验，以充分理解和利用电子和结构特性。
然而，作者发现了一些挑战，从大规模纳米结构中计算难以处理的原子数到必须克服的重要光学现象的复杂性和多尺度性质。
这项工作得到了美国能源部(DOE)科学办公室(基础能源科学办公室)(量子点)和美国能源部科学用户设施综合纳米技术中心的支持;洛斯阿拉莫斯国家实验室(实验室指导研究与开发);国家科学基金会(功能化单壁纳米管);以及AlfredP.Sloan研究奖学金(聚合物工作)。
