Предлагаемый проект направлен на решение актуальных проблем, связанных с микроскопическим описанием и теоретическим предсказанием физических свойств перспективных двумерных материалов. В качестве основных объектов исследований выбраны двумерные полупроводники на основе элементов V группы, такие как фосфор и сурьма, а также синтетические поверхностные системы, представляющие собой упорядоченные атомные структуры локализованные на подложках. Задачи проекта будут решаться в рамках современных теоретических подходов, объединяющих численные первопринципные методы и методы модельных гамильтонианов, что позволит осуществить мультимасштабное моделирование процессов в исследуемых системах. Полученные результаты позволят ответить на множество фундаментальных вопросов, касающихся особенностей электронных и оптических свойств, явлений переноса, условий формирования коллективизированных квантовых состояний (например, магнитного или сверхпроводящего) в новейших двумерных системах, а также позволят выявить возможности улучшения и влияния на важные с практической точки зрения характеристики — энергетическую щель и подвижность носителей тока. Особое внимание в проекте будет уделено магнитным свойствам двумерных полупроводников, не являющихся типичными для данного класса соединений. Особенно перспективным представляется изучение явлений переноса спина в материалах на основе тяжелых элементов (таких как сурьма) с сильным спин-орбитальным взаимодействием. Выполнение проекта будет неразрывно связано с разработкой новых моделей и эффективных методов численного расчета, позволяющих наиболее точно учесть особенности атомной структуры, химической связи, электронных и магнитных свойств двумерных материалов. Практическая реализация новых методов в виде комплексов программ будет выполняться с использованием параллельных алгоритмов для быстрого и точного решения квантовых задач. Сотрудничество коллектива с ведущими экспериментальными европейскими лабораториями будет стимулировать постановку новых экспериментов по опытному изучению свойств исследуемых материалов, что будет способствовать выполнению задач, поставленных в рамках данного проекта.
