14.05.2020
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, 12:28
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

Позавчера, 20:11
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Вчера, 10:39
Александр Березин

Когда полвека назад гибель динозавров объяснили падением астероида, это вызвало массовое неприятие, длившееся десятилетия. Открытие кометы, взрыв которой принес тысячелетнее похолодание в начале голоцена, привело к спорам в научной среде, которые идут до сих пор. Теперь множеству атак подверглось и открытие астероида, уничтожившего Содом. Отчего многим исследователям так трудно поверить в астероидные взрывы и о каких узких местах в современной науке это может говорить?

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

10 октября
Мария Азарова

Модель показала, почему у людей моляры прорезаются в конкретном возрасте и настолько позже по сравнению с другими приматами.

13 октября
Мария Осетрова

Полученный сигнал не соответствует ни одному из известных источников радиоизлучения и может указывать на новый класс звездных объектов.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: