Предсказатель кристаллических структур ученые позаимствовали у самой природы

Фото: mipt.ru

Ученые из России придумали как усовершенствовать алгоритмы предсказания кристаллических структур химических веществ. Теперь открывать новые вещества можно будет в разы быстрее. Результаты исследования опубликованы в журнале Computer Phisics Communications

В связи быстрым темпом возникновения новых технологий, перед учеными-химиками стоит постоянная задача искать и создавать новые вещества и материалы: более прочные, легкие, стабильные, сверхпроводящие.   Список инноваций в области материаловедения, необходимых в современном мире можно продолжать долго. Искать и находить новые вещества непросто. Экспериментально делать это долго и дорого, так как нередко требует особых условий, сильно отличающихся от комнатных. Да и если не знать, где искать, на перебор всех возможных вариантов и поиск хорошего соединения уйдут тысячи лет. На помощь ученым приходят компьютерные технологии, позволяющие точно предсказывать структуры возможных соединений, а потом уже получать их экспериментально. В 2005 году исследовательская группа под руководством профессора Артема Оганова разработала эволюционный алгоритм USPEX для предсказания кристаллических структур веществ, это, вероятно, самый успешный алгоритм в этой области на сегодняшний день, используемый несколькими тысячами ученых по всему миру.

Если USPEX в качестве вводных данных получает информацию об атомах, которые войдут в состав нового вещества, то он не перебирает все возможные варианты, так как у компьютера на это также уйдет очень много времени. Вместо этого алгоритм генерирует небольшое число случайных структур, стабильность которых оценивается основываясь на энергии взаимодействия между атомами. Далее химики работают как селекционеры: “скрещивают” получившиеся структуры друг с другом, потом их “потомков” друг с другом, и так пока не найдутся особо стабильные соединения.

В новом исследовании ученые из Сколтеха, МФТИ и Самарского технологического университета под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова усовершенствовали первый шаг алгоритма USPEX - генерацию исходных структур. Химики показали, что совсем случайная генерация не очень эффективна и решили поучиться у природы и создать генератор случайных структур с помощью подсказок, заложенных в структуре уже известных веществ. Для этого они обратились к базе данных кристаллических структур и «скрестили» развиваемые Огановым подходы с топологическими методами профессора Владислава Блатова из Самары. Известно, что почти все из 200 тысяч известных неорганических соединений принадлежат к 3 тысячам   топологических типов. Это знание дает возможность сразу генерировать диапазон соединений, содержащий структуру близкую к искомой. Согласно проведённым тестам, разработанный учеными генератор структур позволяет справляться с задачами по предсказанию в 3 раза быстрее.

“3000 топологических типов получаются из реальных структур путём абстракции. Если попробовать обратную операцию, то по этим 3000 типам можно сгенерировать практически все известные структуры и бесконечное число ещё не известных, но вполне разумных, структур и это дает великолепную стартовую точку для эволюционного механизма. Получается, что вы стартуете с такой точки, которая скорее всего включает область с оптимальным решением, и можно получить его сразу или получить что-то близко лежащее, а потом эволюционный механизм приведет вас к цели” , - рассказывает Павел Бушланов , первый автор исследования и сотрудник лабораторий компьютерного дизайна материалов МФТИ и Сколтеха



Последние новости Подмосковья по теме:
Предсказатель кристаллических структур ученые позаимствовали у самой природы

Предсказатель кристаллических структур ученые позаимствовали у самой природы - МФТИ
Предсказатель кристаллических структур ученые позаимствовали у самой природы - Долгопрудный
Ученые из России придумали как усовершенствовать алгоритмы предсказания кристаллических структур химических веществ.
13:51 08.11.2018 МФТИ
- Дубна
Ученые из России придумали как усовершенствовать алгоритмы предсказания кристаллических структур химических веществ.
03:23 08.11.2018 OpenDubna.Ru
 
По теме
Партийцы проверили аптеки в рамках проекта "Единая страна-доступная среда" - Единая Россия Клин Партийцы городского округа Клин в рамках партийного проекта «Единая страна - доступная среда» провели мониторинг аптек на доступность этих объектов для людей с ограниченными возможностями.
20.11.2018
Вышел новый номер «Мониторинга социально-экономического положения и самочувствия населения» Института социального анализа и прогнозирования (ИНСАП) РАНХиГС.
20.11.2018
 
Мособлэнерго - Правительство Московской области Источник: Министерство имущественных отношений Московской области С начала 2018 года АО «Мособлэнерго» провело технологическое присоединение к электрическим сетям и выдало напряжение на 38 социально значимых объектов
20.11.2018
Число проголосовавших в финальном туре конкурса «Великие имена России» превысило один миллион человек - Газета Сенеж С 12 по 30 ноября каждый житель РФ может выбрать один аэропорт России из общего списка и проголосовать по принципу «один голос – один аэропорт – одно имя».
20.11.2018
Сотрудниками Управления уголовного розыска ГУ МВД России по Московской области совместно с коллегами из МУ МВД России «Щелковское» задержана группа лиц, подозреваемых в совершении серии мошенничеств с полисами автострахования.
20.11.2018 МВД Московской области
Во время капитального ремонта систем теплоснабжения и горячего водоснабжения посёлка Лакокраска подрядчик повредил трубу газопровода.
20.11.2018 Копейка
Сотрудники ФСБ и МВД минувшим днем задержали 40-летнего Хазваху Черхигова, участвовавшего в 1995 году в составе банды Шамиля Басаева в захвате заложников при нападении на город Буденновск в Ставропольском крае.
20.11.2018 Газета Новые Известия
РИАМО - 20 ноя. Полицейские задержали троих жителей Подмосковья, подозреваемых в серии мошенничеств с полисами автострахования, они продавали страховые полисы КАСКО и ОСАГО, а при наступлении страхового случая выяснялось,
20.11.2018 Серп и Молот
Премьеру спектакля «Дети разбойников» представили студийцы театра-студии «Артель» ДК ЗиО 18 ноября - Администрация г.Подольск В театре-студии»Артель» (группа «Мастерская» ДК ЗиО) 18 ноября состоялась премьера спектакля «Дети разбойников» по мотивам сказки Астрид Линдгрен и пьесы Юрия Алесина «Рони, дочь разбойника».
20.11.2018 Администрация г.Подольск
В Троицком соборе будет тепло - Администрация г. Серпухов В Серпухове при поддержке Главы г.о. Серпухов Дмитрия Жариков а, Администрации муниципалитета и городской общественности продолжается реставрация древнего Троицкого собора – одной из местных достопримечательностей.
20.11.2018 Администрация г. Серпухов
В ближайшую пятницу ОДЦ «Октябрь» намерен повторить успех своего прошлого дня рождения, когда с сцене выступила Эдита Пьеха.
20.11.2018 Газета Вперёд
Где будем кататься на коньках - Газета Вперёд г. Сергиев Посад, ул. Вифанская, владения 151 парк «Скитские пруды» МАУ «Городские парки Сергиева Посада»   г. Сергиев Посад, Новоугличское шоссе,
20.11.2018 Газета Вперёд
Каток у Кремля откроют 29 ноября - Газета Вперёд   На Красной площади 29 ноября пройдёт торжественное открытие ГУМ-Катка и ГУМ-Ярмарки, которые будут работать до 28 февраля, говорится в сообщении пресс-службы ГУМ-Катка и ГУМ-Ярмарки.
20.11.2018 Газета Вперёд
В следующем году начнется проектирование и строительство путепровода через Казанскую железную дорогу в районе железнодорожного переезда в п.Удельная Раменского района.
20.11.2018 Химские новости
Олимпиада рабочих рук Ирина Шилова Для участия в двух компетенциях –  ресторанный сервис и разработка мобильных приложений – съехались профессионалы от 16 до 22 лет со всей области,
20.11.2018 Газета Новости недели
Жителей Московской области будут подробно информировать о текущем ремонте дорог - ЗАТО Власиха Власти Подмосковья подробно расскажут о планируемом ремонте и строительстве дорог через СМИ и на личных встречах, заявил во вторник на заседании регионального правительства губернатор Московской области Андрей Воробьев.
20.11.2018 ЗАТО Власиха
Краткие итоги пробной переписи населения  2018 года - Авиаград Жуковский С 1 по 31 октября 2018 года в России проходила пробная перепись населения, которая являлась подготовительным этапом к проведению третей по счету Всероссийской переписи населения в 2020 году.
20.11.2018 Авиаград Жуковский
Расчистка дорог от снега - Правительство Московской области Источник: Министерство транспорта и дорожной инфраструктуры Московской области В случае ухудшения погодных условий в готовности к оперативной очистке от снега и наледи дворов Подмосковья находятся более 8 тысяч челове
20.11.2018 Правительство Московской области
Комиссия УФАС Подмосковья рассмотрела жалобу ООО «Пик-Комфорт» на действия территориального управления Апрелевка администрации Наро-Фоминского городского округа при организации и проведении открытого конкурса по отбору о
20.11.2018 Правительство Московской области