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 Хотя сам факт наличия непонятных объектов на снимках, которые американские астронавты сделали на Луне, известен давно, десятилетиями их списывали на химические дефекты светочувствительной эмульсии фотопленки или блики света в линзах камер. Новая публикация на сайте Пентагона признает их реально существующими объектами, хотя и не делает выводов о их природе.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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