Создан алгоритм, способный предсказать лучшие материалы из бесконечного множества возможных соединений
Ученые Сколтеха разработали метод, который решил проблему поиска материала с необходимыми свойствами среди всех возможных комбинаций химических элементов.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Физтехи предложили аналитический способ описания передачи энергии от ультракороткого лазерного импульса к квантовому осциллятору, находящемуся в тепловом равновесии. Эта модель показывает, как сверхкороткие вспышки света возбуждают микроскопические системы — молекулы, кристаллы, плазмоны, фотоны и электронные центры в веществе. Это важно для разработки методов сверхбыстрого управления веществом, генерации терагерцового излучения и подбора оптимальных параметров лазерных импульсов для возбуждения заданных состояний материала.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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