Создан алгоритм, способный предсказать лучшие материалы из бесконечного множества возможных соединений — Naked Science
Сколтех

Создан алгоритм, способный предсказать лучшие материалы из бесконечного множества возможных соединений

4.7

Ученые Сколтеха разработали метод, который решил проблему поиска материала с необходимыми свойствами среди всех возможных комбинаций химических элементов.

Результаты Менделеевского поиска твердых и сверхтвердых материалов / ©Zahed Allahyari and Artem R. Oganov / NPJ Computational Materials / Пресс-служба Сколтеха

Вариантов бесконечно много, и для каждого возможно множество кристаллических структур. Перебрать их все и найти наилучший (скажем, наиболее твердое вещество) невозможно ни в эксперименте, ни на компьютере. Вычислительный метод, разработанный профессором Сколтеха Артемом Огановым и его аспирантом Захедом Аллахьяри, решает эту проблему — основную задачу теоретического материаловедения.

Свой метод исследователи представили в совершенно новом коде MendS (название нового метода — Менделеевский поиск, Mendelevian Search) и показали его применение на примере сверхтвердых и магнитных материалов. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ). О своих исследованиях ученые рассказали на страницах NPJ Computational Materials.

«В 2006 году мы разработали алгоритм, который может предсказать кристаллическую структуру для определенного химического состава, затем мы существенно расширили его предсказательные возможности, научив его работать без заданного состава. В расширенном методе вы одним расчетом находите все стабильные соединения заданных элементов и соответствующие им кристаллические структуры, — рассказывает Артем Оганов, руководитель проекта по гранту РНФ, профессор Сколтеха и МФТИ, действительный член Королевского химического общества и Европейской академии (Academia Europaea).

— В нашем новом методе решается гораздо более амбициозная задача. Здесь мы не задаем ни точного химического состава, ни даже конкретных химических элементов. Метод находит вещества с нужными свойствами, — скажем, с максимальной твердостью, — из всех возможных сочетаний всех элементов друг с другом, с учетом всех возможных кристаллических структур».

Авторы исследования обратили внимание на то, что можно построить абстрактное химическое пространство так, чтобы близкие в этом пространстве вещества обладали похожими свойствами. В этом случае все материалы с особыми свойствами (например, сверхтвердые) окажутся в одной области, и для нахождения наилучшего материала чрезвычайно эффективными будут эволюционные алгоритмы.

Менделеевский поиск проводит двойную эволюцию — в каждой точке химического пространства проводится эволюционный поиск наилучшей кристаллической структуры, и одновременно среди этих химических составов идут конкуренция, естественный отбор наилучших, мутации и обмен информацией, эволюция.

Для проверки эффективности нового метода ученые дали компьютеру задание: вывести состав и структуру самого твердого материала. Максимально твердым оказался алмаз, что означает бесперспективность поисков материалов тверже него. Кроме того, расчет предсказал несколько десятков твердых и сверхтвердых фаз, включая как большую долю известных материалов, так и совершенно новые фазы.

Данный метод может найти материал с рекордными свойствами гораздо быстрее, что послужит основой технологического прорыва. Когда у людей есть такого рода материалы, они могут создать абсолютно новые технологии или сделать старые более эффективными и доступными.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 18:35
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

8 часов назад
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Позавчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

22 июля
Илья Ведмеденко

По информации СМИ, модуль «Наука» столкнулся с техническими проблемами. Они могут существенно осложнить стыковку с Международной космической станцией.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: