Создан алгоритм, способный предсказать лучшие материалы из бесконечного множества возможных соединений — Naked Science
6 минут
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, 10:28
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Австралии узнали, на протяжении какого периода времени сохраняется эффект эйфории после употребления марихуаны. Это необходимо, например, для более эффективного применения лекарств на основе каннабиса или понимания того, сколько времени необходимо, чтобы сесть за руль.

Позавчера, 16:23
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, строительству российской орбитальной станции дали зеленый свет. Практическая реализация программы должна начаться вскоре.

11 часов назад
5 минут
Илья Ведмеденко

Военно-воздушные силы США представили очередное видение того, каким может быть перспективный истребитель шестого поколения, создаваемый по программе Next Generation Air Dominance.

Позавчера, 10:28
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Австралии узнали, на протяжении какого периода времени сохраняется эффект эйфории после употребления марихуаны. Это необходимо, например, для более эффективного применения лекарств на основе каннабиса или понимания того, сколько времени необходимо, чтобы сесть за руль.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Позавчера, 16:23
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, строительству российской орбитальной станции дали зеленый свет. Практическая реализация программы должна начаться вскоре.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: