Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Новый метод предсказал кристаллические структуры с учетом влияния температур
Исследователи из Сколтеха, МФТИ и Всероссийского НИИ автоматики имени Н. Л. Духова предложили метод, который снижает нагрузку на суперкомпьютер и тем самым делает возможным предсказание кристаллической структуры материалов при любых температурах. В своей работе ученые рассчитали структуру силиката магния в нижней мантии и железа во внутреннем ядре Земли, уточнив принятую в современной геологии картину. Без предложенного коллективом альтернативного подхода подобные вычисления оказались бы непомерно дорогими. Новый метод готов к применению к другим химическим системам.
«Хотя и раньше можно было предсказать, какое взаимное расположение примут атомы тех или иных элементов при определенном давлении, поиск соответствующих кристаллических структур был возможен только для температуры абсолютного нуля, то есть для умозрительного случая, далекого от того, что происходит в глубине Земли», — прокомментировал исследование его руководитель, профессор Сколтеха Артем Оганов.
По его словам, учесть влияние ненулевой температуры в расчетах трудно из-за того, что тепловые колебания атомов порождают огромное число возможных конфигураций их взаимного расположения, и каждая требует вычислений. В итоге стоимость расчета становится запретительно высокой. Однако лишь так до сих пор можно было определить стабильность всех теоретически возможных кристаллических структур и, соответственно, узнать, какие из них будут иметь место в реальных условиях.
Авторы опубликованной в npj Computational Materials статьи нашли способ принципиально снизить вычислительную стоимость решения описанной задачи, не жертвуя точностью расчетов. Новый подход испытали на двух до конца не решенных вопросах из области науки о планетах: какова кристаллическая структура железа во внутреннем ядре Земли и где именно в нижней мантии пролегает граница между двумя фазами силиката магния? Ответы позволят сделать выводы о распределении температуры и тепловых потоках внутри планеты сегодня и в другие периоды ее истории.
«Мы уточнили фазовые диаграммы железа и силиката магния. В частности, мы подтвердили, что железо в условиях твердого внутреннего ядра Земли должно принимать гексагональную плотноупакованную структуру. Наш расчет, правда, исходит из чисто железного ядра — учесть возможное влияние примесей предстоит в будущем, — рассказал Оганов. — Кроме того, мы уточнили границу фазового перехода силиката магния — основного компонента мантии Земли. Эта информация в сочетании с сейсмологическими данными позволяет оценить температурное распределение в мантии».
Особая вычислительная эффективность и высокое качество результатов нового метода объясняются тремя факторами. Во-первых, чрезвычайно сложные квантово-механические расчеты заменяются так называемыми машинно обучаемыми потенциалами, которые при куда более скромной нагрузке на вычислительные мощности почти идеально воспроизводят те же результаты. Во-вторых, при помощи термодинамической теории возмущений создателям метода удалось ценой незначительных дополнительных вычислений повысить точность предсказания структур, сделав его истинно эквивалентным квантово-механическому расчету.
Наконец, в-третьих, побочным эффектом предсказания структур при ненулевых температурах является упрощение одного из аспектов вычислений. В частности, сложность предсказания устойчивых кристаллических структур в значительной мере связана с колоссальным количеством возможных конфигураций, которые соответствуют локальным минимумам энергии системы (а именно минимальная энергия системы является признаком устойчивости ее состояния). Так вот, с ростом температуры число локальных минимумов уменьшается, а значит, вариантов меньше, и это упрощает задачу.
Помимо железа и силиката магния, научный коллектив испытал свой метод на алюминии, бориде вольфрама и диоксиде гафния и считает его готовым для применения к другим соединениям. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда, а также Фондом содействия инновациям и Министерством науки и высшего образования России.
Telegram 
Дзен 
VK Голоса «детей» викторианской эпохи показали, как индустриализация изменила акценты английского языка
Современные акценты английского языка во многом отражают социально-экономические процессы, происходившие в Великобритании в викторианскую эпоху, то есть с 1837 года по 1901 год. Лингвисты доказали это, проанализировав архивные аудиозаписи разговоров с людьми, которые родились в указанный период и после него.
В 1980-х годах большую популярность приобрела борьба с озоновыми дырами. Из-за нее хладагенты из хлорфторгулеродов заменили на аналоги из гидрофторуглеродов. Теперь ученые выяснили, что эта замена — как и следующие за ней, уже в рамках борьбы с глобальным потеплением — ведет к накоплению в атмосфере довольно опасных «вечных химикатов».
Когнитивные психологи доказали, что человекообразные обезьяны способны понимать концепт «понарошку». Бонобо Канзи, владевший языком символов, успешно отслеживал перемещения невидимого сока и воображаемого винограда. Это открытие опровергает теорию о том, что способность к фантазии — уникальная черта человека.
Биологи использовали данные отлова змей за 22 года, чтобы объяснить появление редких ядовитых рептилий в засушливых и нетипичных для них районах штата Гоа. Анализ показал, что королевские кобры Западных Гат используют железнодорожную сеть как скоростной коридор для расселения, случайно путешествуя в товарных вагонах из родных лесов к побережью.
Астрономы впервые напрямую связали основание гигантского джета с «тенью» первой «сфотографированной» сверхмассивной черной дыры M87*. Анализ данных, полученных с помощью Телескопа горизонта событий (EHT), позволил проследить, где именно формируется релятивистская струя и лучше понять механизмы ее возникновения.
Яркий надувной тюбинг, в народе прозванный «ватрушкой», стал символом зимнего отдыха. Он кажется удобным, мягким и потому — безопасным. Это ощущение обманчиво и ежегодно приводит к тысячам серьезных травм. В чем же кроется фундаментальная опасность этого популярного развлечения? На этот вопрос для нашего издания ответил Олег Рубан, кандидат технических наук, доцент кафедры физики РТУ МИРЭА, объяснив, почему законы физики превращают безобидный на вид тюбинг в неуправляемый снаряд.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно