Предсказатель кристаллических структур ученые позаимствовали у самой природы

Фото: open-dubna.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 с 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

Пресс-служба МФТИ

Автор: Татьяна Небольсина

Последние новости Подмосковья по теме:
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
Предсказатель кристаллических структур ученые позаимствовали у самой природы - OpenDubna.Ru
Предсказатель кристаллических структур ученые позаимствовали у самой природы - Дубна
Ученые из России придумали как усовершенствовать алгоритмы предсказания кристаллических структур химических веществ.
03:23 08.11.2018 OpenDubna.Ru
 
По теме
«Студенческий десант » прошел в Раменском центре внешкольной работы - Газета Родник Представители студенчества провели открытый тематический урок  с воспитанниками  детского центра «Эврика» В рамках ежегодной  всероссийской акции «Студенческий десант» сотрудники дорожной полиции,
17.01.2019
Свыше 74 тысяч подмосковных девятиклассников пройдут итоговое собеседование по русскому языку 13 февраля - Орехово-Зуевская правда Итоговое собеседование по русскому языку из четырех частей проведут для школьников региона в следующем месяце «Более 74 тысяч обучающихся девятых классов подмосковных школ примут участие в итоговом собеседовании по ру
17.01.2019
 
Представители студенчества провели открытый тематический урок  с воспитанниками  детского центра «Эврика» В рамках ежегодной  всероссийской акции «Студенческий десант» сотрудники дорожной полиции,
17.01.2019
Университет принял активное участие в деловой программе выставки «Ладья. Зимняя сказка – 2018» - ГГХПИ 19 декабря 2018 г. в рамках деловой программы XXV Юбилейной выставки народных художественных промыслов России декан факультета изобразительного искусства и дизайна Заслуженный художник Российской Федерации доцент Г. П.
17.01.2019
«Студенческий десант » прошел в Раменском центре внешкольной работы - Газета Родник Представители студенчества провели открытый тематический урок  с воспитанниками  детского центра «Эврика» В рамках ежегодной  всероссийской акции «Студенческий десант» сотрудники дорожной полиции,
17.01.2019 Газета Родник
С 28 января по 25 марта 2019 г. Дизайн-завод «Флакон» совместно с инвестиционной компанией «Realogic» открывают «Зимнюю школу стартапов».
17.01.2019 За новую жизнь
Скорая помощь - Правительство Московской области Источник: Главное управление государственного административно-технического надзора Московской области Зимой свисающие с крыш домов сосульки представляют серьезную угрозу для прохожих, которые могут получить травму.
16.01.2019 Правительство Московской области
11 января 13-летняя Диана из Королёва получила серьёзнейшие травмы на тюбинговой трассе пансионата «Восход».
17.01.2019 Газета Вперёд
Верея: древняя хранительница чудес - Красное знамя Вдали от автомобильных и железных дорог, на крутом берегу извилистой реки Протвы расположен древний город со множеством старинных церквей, усадьбами и собором, памятниками-свидетелями героического прошлого русского народа,
17.01.2019 Красное знамя
МЕРОПРИЯТИЯ ДК «Подмосковье» 19 января, 12.00. Фестиваль подарков. В белом фойе будут организованы мастер-классы по изготовлению подарков, которые можно будет подарить близким, знакомым или вовсе незнакомым людям.
17.01.2019 Красногорские вести
27 января 1944 года – священная дата для Санкт-Петербурга. В этот день Ленинград был окончательно освобожден от вражеской блокады.
17.01.2019 Красногорские вести
В минувшее воскресенье во Дворце Культуры «Исток» подвели итоги муниципального конкурса детского творчества «Вифлеемская звезда» .
17.01.2019 Газета Ключ
Обыграли «Рубин» - ХК Химик Добыв преимущество на старте матча, воскресенцы его не растеряли Имея солидное игровое преимущество, «Химик» сумел открыть счет только в середине периода.
17.01.2019 ХК Химик
Турнир по мини-хоккею с мячом памяти заслуженного тренера Михаила Константиновича Девишева состоится  20 января на стадионе «Зоркий» в Красногорске.
17.01.2019 Красногорские вести
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
В Раменском районе в период религиозного праздника автоинспекторы обратят особое внимание на состояние водителей - Газета Родник С 18 по 19 января текущего года на территории обслуживания  Раменской Госавтоинспекции и 14 батальона пройдут мероприятия посвящённые празднику Крещения Господня.
17.01.2019 Газета Родник
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