Variational Methods for Materials Science and Mathematical Imaging
材料科学和数学成像的变分方法
基本信息
- 批准号:1906238
- 负责人:
- 金额:$ 68.42万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-01 至 2023-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The mathematical theories and techniques developed in this project provide a foundation for understanding aspects of imaging and of the properties of materials. The use of self-assembly processes to manufacture modern semiconductor nanostructures, quantum wires, and quantum dots is of pivotal importance in microelectric and optoelectronic technologies, such as reflective or anti-reflective coatings for optics, the fabrication of layers of insulators and semiconductors for integrated circuits, quantum well lasers, and the processing of nanoscale materials. We address the variational study of relevant observed phenomena in nanowires and in the epitaxial deposition of a thin film onto a substrate. We study phase nucleation in Lithium-Ion batteries, which are central to advances in portable electronic devices, electric vehicles, and renewable energy storage; phase nucleation is important in understanding charge-discharge dynamics (poor cycle life) and other material limitations of these batteries. In what concerns the mathematics of imaging, we pursue the analytical investigation of image processing, restoration, and registration, which are fundamental to the advance of computer vision, medical imaging, film restoration, and scanning probe microscopy. These projects offer opportunities for integrating research in applied analysis with the education of advanced graduate students at the interface between mathematics and the physical sciences and engineering. Graduate students participate in the research of the project.What unifies these topics is that underlying energies involve higher order derivatives in spaces with discontinuous admissible fields, multiple scales interact, bulk and surface energies compete, and degeneracy of usually expected properties prevails. Together, these difficulties prevent the use of well-understood mathematical theories, and require new ideas and the introduction of innovative mathematical tools. Contemporary methods in the calculus of variations and nonlinear partial differential equations are used to study quasi-static (elliptic) and evolution (parabolic) systems of equations in a range of problems arising in materials science that span epitaxy, batteries, nanowires, and phase transitions. These methods are combined in novel ways with multi-level (machine learning) training schemes to study models for edge detection, image segmentation, signal denoising and detexturing, joint image segmentation, and image registration. Graduate students participate in the research of the project.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目中开发的数学理论和技术为理解成像和材料特性奠定了基础。 使用自组装工艺制造现代半导体纳米结构、量子线和量子点在微电子和光电子技术中至关重要,例如光学的反射或抗反射涂层、用于集成的绝缘体和半导体层的制造电路、量子阱激光器和纳米级材料的加工。 我们对纳米线和基板上薄膜的外延沉积中相关观察到的现象进行变分研究。 我们研究锂离子电池中的相成核,这对于便携式电子设备、电动汽车和可再生能源存储的进步至关重要;相成核对于理解这些电池的充放电动力学(循环寿命差)和其他材料限制非常重要。 在成像数学方面,我们致力于图像处理、恢复和配准的分析研究,这对于计算机视觉、医学成像、胶片恢复和扫描探针显微镜的进步至关重要。 这些项目提供了将应用分析研究与数学、物理科学和工程之间的高级研究生教育相结合的机会。 研究生参与该项目的研究。这些主题的统一之处在于,潜在能量涉及具有不连续容许场的空间中的高阶导数,多个尺度相互作用,体能和表面能竞争,并且通常预期属性的简并性普遍存在。 总之,这些困难阻碍了人们充分理解的数学理论的使用,并且需要新的想法和引入创新的数学工具。 现代变分法和非线性偏微分方程用于研究准静态(椭圆)和演化(抛物线)方程组,解决材料科学中出现的一系列问题,涉及外延、电池、纳米线和相变等领域。 这些方法以新颖的方式与多级(机器学习)训练方案相结合,以研究边缘检测、图像分割、信号去噪和去纹理、联合图像分割和图像配准的模型。 研究生参与该项目的研究。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
On the Motion of Curved Dislocations in Three Dimensions: Simplified Linearized Elasticity
- DOI:10.1137/20m1325654
- 发表时间:2020-03
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:I. Fonseca;Janusz Ginster;Stephan Wojtowytsch
- 通讯作者:I. Fonseca;Janusz Ginster;Stephan Wojtowytsch
Homogenization of Quasi-Crystalline Functionals via Two-Scale-Cut-and-Project Convergence
- DOI:10.1137/20m1341222
- 发表时间:2020-05
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Rita Ferreira;I. Fonseca;R. Venkatraman
- 通讯作者:Rita Ferreira;I. Fonseca;R. Venkatraman
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- DOI:10.1007/s00526-022-02216-5
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:2.1
- 作者:CHOKSI, R.;FONSECA, I.;LIN, J.;VENKATRAMAN, R.
- 通讯作者:VENKATRAMAN, R.
Surface evolution of elastically stressed films
弹性应力薄膜的表面演化
- DOI:10.4171/mag/6
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:2.6
- 作者:Fonseca, I.;Leoni, G.
- 通讯作者:Leoni, G.
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