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
Канал «КРТВ» возобновил телевизионное вещание - Красногорские вести В Подмосковье завершается переход от аналогового телевещания к цифровому, в ходе которого произведено полное переоснащение аппаратно-студийного блока МБУ «Красногорское телевидение».
17.01.2019
 
"Малыш, как же мы волновались..." - E-vanteevka.Ru Пользователи сети интернет, в том числе ивантеевцы, активно репостят и комментируют "Полезное с родительского собрания, организованного поисковым отрядом ЛизаАлерт", выложенное в одной из социальных сетей.
17.01.2019
Пожалуй, этими двумя глаголами можно определить красную нить обсуждения благоустройства набережной Волги.
17.01.2019
Смертельное ДТП произошло в среду, 16 января, на съезде с трассы М-7 на А-108 в городском округе Орехово-Зуево: при столкновении грузовика и легкового таски погиб водитель второй машины,
16.01.2019 Орехово-Зуевская правда
УМВД России по Сергиево-Посадскому району разыскивает без вести пропавшего Тюрина Максима Игоревича, 21.02.1999 г.р., зарегистрированного и проживающего по адресу: Московская область, Сергиево-Посадский район, пос.
16.01.2019 Газета Вперёд
В последнее время пугающе частыми стали трагедии, связанные со взрывом бытового газа.
16.01.2019 Газета Вперёд
3 февраля в Электрогорске Московской области пройдёт поэтический этап конкурса «Мой край родной» - За новую жизнь Открытый художественно-поэтический конкурс «Мой край родной» проводится ежегодно для учащихся учебных заведений дополнительного образования, государственных образовательных организаций профессионального образования,
17.01.2019 За новую жизнь
В Мособлдуме открылась выставка картин химкинских художников - Химские новости 16 января по инициативе фракции ВПП "Единая Россия" в Московской областной Думе в рамках реализации партийного проекта «Культура малой Родины» открылась художественная выставка "Фантазии и реальность".
17.01.2019 Химские новости
В Реутове в рамках открывающихся 1 февраля 43-х Академических чтений по космонавтике будет работать секция имени академика Владимира Челомея, которому сегодняшний Реутов обязан статусом Наукограда РФ,
17.01.2019 Газета Реут
ЮНИОРСКАЯ СБОРНАЯ РОССИИ ПО ИНДОРХОККЕЮ СОХРАНИЛА МЕСТО В ЕРОПЕЙСКОЙ ЭЛИТЕ - Газета Новости недели В Вене прошел молодежный (U-21) чемпионат Европы по индорхоккею. Сборная России, в составе которой выступали шестеро электростальцев, заняла шестое место, сохранив прописку в высшем дивизионе.
16.01.2019 Газета Новости недели
Зимние эстафеты – на новой трассе - Газета Встреча По-настоящему зимними выдались прошедшие выходные – и свежий снег выпал в достатке, и морозец чуть меньше десяти по Цельсию стоял.
17.01.2019 Газета Встреча
Во Дворце спорта «Радуга» накануне Нового года состоялся бал спортсменов, на котором чествовали дубненцев, добившихся в 2018 году лучших спортивных результатов, а также тренеров и спортивных педагогов, меценатов,
17.01.2019 Газета Встреча
Россия. Московская область. Одинцовский район. Учащиеся в школе, во время визита Губернатора Московской Области Андрея Юрьевича Воробьёва, для осмотра проведенных работ. Денис Трудников/Пресс-служба Губернатора и Правительства МО - Правительство Московской области Источник: Пресс-служба Губернатора Московской области , Денис Трудников Свыше 74 тысяч девятиклассников пройдут итоговое собеседование по русскому языку в Московской области,
17.01.2019 Правительство Московской области
Вышел в свет 2-й номер «Люберецкой панорамы» - Люберецкая панорама ЛЮБЕРЦЫ. 17 января. INLUBERTSY.RU - Семнадцатого января вышел в свет 2-й номер общественно-политической газеты «Люберецкая панорама», сообщает сайт «Люберецкой панорамы»,
17.01.2019 Люберецкая панорама
В период с 6 по 13 января 2019 года на территории городского округа Ступино зарегистрировано 27 ДТП с материальным ущербом, два ДТП с пострадавшими.
17.01.2019 Stupino.Info
Власти города и рядовые жители не сошлись в оценке масштабов мусорных навалов.
16.01.2019 E-vanteevka.Ru