Artem Oganan. Računalniško oblikovanje novih materialov: sanje ali resničnost? Laboratorij za računalniško oblikovanje materialov: Kaj lahko dajem nampex? Računalniško oblikovanje novih materialov

Artem Oganov, eden najbolj kotiranih mineralogov teoretičnih svetov, nam je povedal o napovedi računalnika, ki je postala dosegljiva ne tako dolgo nazaj. Prejšnja naloga ni bilo mogoče odločiti, ker problem računalniškega oblikovanja novih materialov vključuje nerešenega problema kristalnih struktur. Toda zaradi prizadevanj Oganove in njegovih kolegov so se uspeli približati te sanje in jo uteleljali v resničnost.

Zakaj je ta naloga pomembna: prej, nove snovi so bile razvite že zelo dolgo časa in z obilo truda.

Artem Oganov: "Eksperimentatorji gredo v laboratorij. Mix. različne snovi za različne temperature in tlak. Prejmejo nove snovi. Izmerite njihove lastnosti. Praviloma te snovi ne predstavljajo obresti, zavrnjene. In eksperimentatorji ponovno poskušajo dobiti malo različnih snovi pod drugimi pogoji, z nekoliko drugačno sestavo. In tako korak za korakom, premagamo številne napake, porabimo svoje življenje za to leta. Izkazalo se je, da raziskovalci, v upanju, da pridobijo en material, porabijo ogromno napora, čas, kot tudi denar. Ta proces lahko traja leta. Lahko je mrtev in nikoli ne vodi do otvoritve želenega materiala. Toda tudi ko vodi do uspeha, je ta uspeh dana zelo draga cena. "

Zato je treba ustvariti takšno tehnologijo, ki bi lahko naredila napovedi brez napak. To je, ne eksperimentirati v laboratorijih, temveč dati nalogo računalniku, da napove, kateri material, s katero sestavo in temperaturo bo imela želene lastnosti, ko določenih pogojev. In računalnik, ki se obrne na številne možnosti, bo lahko odgovoril na kakšno kemijsko sestavo in katera kristalna struktura se bo odzvala na določene zahteve. Rezultat je lahko tak, da želeni material ne obstaja. Ali ni sam.
In potem se pojavi drugi izziv, katere rešitev še ni: kako dobiti ta material? To pomeni, da je kemijska sestava, kristalna struktura razumljiva, vendar je še vedno ni možnosti za izvajanje, na primer, na industrijskem obsegu.

Tehnologija napovedi

Glavna stvar je, da je treba napovedati kristalno strukturo. Prej ni bilo mogoče rešiti tega problema, ker obstaja veliko možnosti za lokacijo atomov v vesolju. Toda velik del ne predstavlja zanimanja. Te izvedbe atomov v prostoru so pomembne, ki so dovolj stabilne in imajo lastnosti, ki so potrebne za raziskovalca.
Kaj so te lastnosti: visoka ali nizka trdota, električna prevodnost in toplotna prevodnost in tako naprej. Kristalna struktura je pomembna.

»Če mislite, recimo, približno enako ogljik, si oglejte diamant in grafit. Kemično je to enaka snov. Toda lastnosti so popolnoma drugačne. Črna super mogoč ogljik in prozorna super trdi diamant, - kaj določa razliko med njimi? To je kristalna struktura. To je posledica njene ene snovi je Superhard, drugi je super bi lahko. Eden je dirigent praktično kovine. Druga je dielektrična. "

Da se naučite napovedati nov material, se morate najprej naučiti napovedati kristalno strukturo. Za to, Ohanov in njegove kolege v letu 2006, je bil predlagan evolucijski pristop.

»V tem pristopu ne poskušamo preizkusiti vseh neskončnih številnih kristalnih struktur. Preizkusili bomo korak za korakom, začenši z majhnim naključnim vzorcem, v katerem segajo možne rešitvenajslabše, na katerem se zavržemo. In iz najboljšega izdelujemo hčerinske družbe. Odvisne družbe so narejene z različnimi mutacijami ali z rekombinacijami - po dednosti, kjer združujemo različne strukturne značilnosti sestave iz dveh staršev. Od tega je hčerinska družba hčerinska družba, otroška kemijska sestava, hčerinska družba. Ocenjujejo se tudi te odvisne družbe. Na primer, v stabilnosti ali kemični ali fizični lastnini, ki vas zanima. In tisti, ki so bili izraženi neugodni, zavržemo. Tisti, ki obetajo, imajo pravico do proizvodnje potomcev. Izdelujemo mutacijo ali dednost naslednje generacije. "

Torej korak za korakom, znanstveniki se približujejo optimalni material za njih z vidika tega fizično lastnino. Evolucijski pristop v tem primeru deluje kot tudi darvinska teorija evolucije, to načelo Yoganov in njegovih kolegov se izvajajo na računalniku, ko iščejo kristalne strukture, ki so optimalne z vidika te nepremičnine ali stabilnosti.

"Prav tako lahko rečem (vendar je že malo na robu holiganizma), da ko smo izvedli, da delamo to metodo (mimogrede, se je razvoj nadaljeval. Bilo je izboljšano vse več), smo eksperimentirali z različnimi načinami evolucije . Na primer, poskušali smo ustvariti enega otroka od dveh staršev, ampak iz treh ali štirih. Izkazalo se je, da je tudi v življenju optimalno proizvajal enega otroka od dveh staršev. En otrok ima dva starša - oče in mama. Ne tri, ne štiri, ne štiriindvajset. To je optimistično tako v naravi kot na računalniku. "

Yoganov je patentiral svojo metodo, zdaj pa uživajo skoraj na tisoče raziskovalcev po vsem svetu in več največjih podjetij, kot so Intel, Toyota in Fujitsu. Toyota, na primer, po Oganovi, je že izumil nov material za litijeve baterije, ki se bodo uporabljale za hibridne avtomobile s pomočjo te metode.

DIAMMA Problem.

Verjetno je, da je diamant, ki je nosilec za snemanje trdote, je optimalna supermarnica za vse aplikacije. Vendar pa to ni tako, ker v žlezi, na primer, se raztopi, in v kisikovi medij pri visokih temperaturah, gori. Na splošno, iskanje materiala, ki bi bilo težje diamant, zaskrbljeno človeštvo že več desetletij.

"Preprost računalniški izračun, ki ga je izvedla moja skupina, kaže, da tak material ne more biti. Dejansko je lahko nadomestni diamant le diamant, ampak v nano-kristalinični obliki. Drugi materiali za premagovanje diamanta trdote v državi. "

Druga smer Skupine Oganova je napoved novih dielektričnih materialov, ki bi lahko služili kot osnova za super-kondenzatorje za shranjevanje električne energije, kot tudi za nadaljnjo miniaturizacijo računalniških mikroprocesorjev.
»Ta miniaturizacija dejansko izpolnjuje ovire. Ker so obstoječi dielektrični materiali slabo vzdrževani električni stroški. Obstajajo puščanje. In nadaljnje miniaturizacije je nemogoče. Če bomo lahko dobili material, ki je na silicijskem silicije, vendar hkrati ima veliko višje dielektrične konstante od materialov, ki jih imamo, lahko rešimo to nalogo. In imamo dovolj resne promocije tudi v tej smeri. "

In zadnja stvar, zaradi česar je Yoganov, je razvoj novih zdravil, to je tudi njihova napoved. To je mogoče zaradi dejstva, da so se znanstveniki naučili predvideti strukturo in kemično sestavo površine kristalov.

"Dejstvo je, da je površina kristala pogosto kemična sestava, ki se razlikuje od same snovi kristala. Struktura je zelo pogosto drugačna. In ugotovili smo, da se površine preprostih, se zdijo inertnih kristalov oksidov (kot je magnezijev oksid), vsebujejo zelo zanimive ione (kot je ion peroksid). Vsebujejo tudi skupine, podobne ozonu, ki so sestavljeni iz treh kisikovih atomov. To pojasnjuje eno izjemno zanimivo in pomembno opazovanje. Ko oseba vdihne fine delce rumerov oksidnih mineralov, ki se zdijo inertne, varne in neškodljive, ti delci igrajo kruto šalo in prispevajo k razvoju pljučnega raka. Znano je zlasti, da je rakotvorna snov azbest, ki je izključno inertna. Torej, na površini takšnih mineralov kot azbesta in kremena (zlasti kvarca), se lahko niti peroksid ionov, ki igrajo ključno vlogo pri oblikovanju in razvoju raka. S pomočjo naše tehnike je mogoče predvideti tudi pogoje, v katerih se je mogoče izogniti tvorbi te vrste delcev. To je, da obstaja upanje, tudi da bi našli terapijo in opozorilo na pljučni rak. V tem primeru govorimo samo o pljučnem raku. In od popolnoma nepričakovane strani, rezultati naše raziskave so dali priložnost razumeti, in se lahko celo prepreči ali zdravi rak pljuč. "

Če povzame, lahko napoved kristalnih struktur igra ključno vlogo pri oblikovanju materialov za mikroelektroniko in farmacevtske izdelke. Na splošno takšna tehnologija odpre novo pot v tehnologiji prihodnosti, prepričan sem, da joganu.

O drugih smeri laboratorijske artemije si lahko preberete, vendar se seznanite s svojo knjigo Sodobne metode napovedi kristalne strukture

1. 1. Računalniško oblikovanje Novi materiali: sanje ali resničnost? Artem Yoganov (ARO) (1) Oddelek za geoznanosti (2) Oddelek za fiziko in astronomijo (3) New York Center za računske vede State Univerza New York, Stony Brook, NY 11794-2100 (4) Moscow State University, Moskva, 119992, Rusija.
2. 2. Trstvo snovi: atomi, molekularity uganili, da je snov sestavljena iz delcev: "Ko on (Bog) ni ustvaril zemlje, brez polj ali začetnega prašenja vesolja" (tudi pregovori, 8:26) (tudi - Epicur, Lucretia Avto, starodavni Indijanci, ...) I. Kepler je predlagal, da je struktura ledenih tokov v snežinke določena z njihovo atomsko strukturo
3. 3. Trgovina snovi: atomi, molekule, kristali 1669 - Rojstvo kristalografije: Nikolajski vagon formulira prvo kvantitativno zakonodajo kristalografije "Kristalografija .. Neproduktivno, obstaja samo zase, nima posledic, ki niso potrebne, Razvila se je v sebi. Omogoča nekaj omejenega zadovoljstva, njegovi podatki pa so tako raznoliki, da se lahko imenuje neizčrpna; To je razlog, zakaj skenira celo najboljši ljudje Tako veriga in tako dolga "(i.v. Goethe, amaterski kristalografija, 1749-1832) Ludwig Boltzman (1844-1906) - Veliki avstrijski fizik, ki je zgradil vse svoje teorije o atomskih idejah. Kritika atomizma ga je leta 1906 pripeljala na samomor. Leta 1912 je bila hipoteza o atomski strukturi snovi dokazala eksperimenti max von laue.
4. 4. Struktura je osnova za razumevanje lastnosti in obnašanja materialov (iz http://nobelprize.org) Zins Zns. Ena od prvih struktur, ki jih je rešil Braggs leta 1913. Presenečenje: V strukturi ni ZNS molekul!
5. 5. Rentgenska difrakcija - glavna metoda eksperimentalne določitve konstrukcije kristalne strukture difrakcijskega vzorca
6. 6. Razmerje med strukturo in difrakcijskim vzorcem, kaj bodo razpršeni vzorci teh "struktur"?
7. 7. Eksperimentalne triumfs - Opredelitev neverjetno kompleksnih kristalnih strukturno ločenih faz kvazikristalnih elementov beljakovin (RB-IV, U.Schwarz'99) Novo stanje snovi, odprte leta 1982, je v naravi le v letu 2009! Nobelova nagrada 2011!
8. 8. Stanje snovi Kristalinična kvazikristalna amorfna tekoča plinasta ("mehka snov" - polimeri, tekoči kristali)
9. 9. Atomska struktura je glavna značilnost snovi. Poznavanje tega, lahko napovedujete lastnosti materiala in njegovo elektronsko strukturo teorije EXP. C11 493 482 C22 546 537 C33 470 485 C12 142 144 C13 146 147 C23 160 146 C44 212 204 C55 186 186 186 186 MGSIO3 Perovskite Konstante C66 149 147
10. 10. Več zgodb 4. Materiali globine Zemlje 3. Materiali iz računalnika 2. Možno je predvideti Crystalline1. O povezavi strukture?
11. 11. Zakaj je led lažji od vode? Ice struktura vsebuje velike prazne kanale, da ni videžne vode. Zaradi teh praznih kanalov je lažji led.
12. 12. Plinski hidrati (Clathrates) - Led z polnjenjem molekul (metan, ogljikov dioksid, klor, ksenon itd.) Število grozljivih publikacij Ogromne vloge metana hidrata - upanje in varčevanje z energijo? Pod nizkim tlakom, obrazca metana in ogljikovega dioksida Clathrates - 1 liter Clatarta vsebuje 168 litrov plina! Metan hidrat izgleda kot led, vendar opekline z izdajo vode. CO2 hidrat - oblika ogljikovega dioksida pokopa? Mehanizem Xenon anestezija - nastajanja HE-hidrata, ki blokira prenos nevronskih signalov v možgane (Pauling, 1951)
13. 13. Mikroporozni materiali za kemično industrijo in čiščenje izolatov okoliških medijev so mikroporozne aluminosilicate, ločitev oktana in izolito-isto oktana zeolito-kemikalije. Industrijski zgodovinski primeri zastrupitve s težkimi kovinami: Qin Shi Juandi Ivan IV Grozny "Nerodska bolezen (37-68) svinec (259-110 BC) (1530-1584) Mad zastrupitev: Klobuki" Agresijo, Demenca
14. 14. Novi in \u200b\u200bstari fenomen superprevodnikov, ki se odpirajo leta 1911. Challing-onnex Teorija superprevodnosti - 1957 (Bardeen, Cooper, Schrieffer), vendar teorija najbolj urne temperature superprevodnikov (Bednorz, Muller, 1986) Ne! Najmočnejši magneti (MRI, masni spektrometri, pospeševalniki delcev) Magnetne levitacijske vlake (430 km / h)
15. 15. Presenečenje: Ogljik odstranljiv Nezatostni obrazec 1.14 1 TC  EXP [] KB G (E F) V Dopid Graphite: KC8 (TC \u003d 0.125 K), CAC6 (TC \u003d 11 K). B-Dopid Diamond: TC \u003d 4 K. DOPED FULLERENES: RBCS2C60 (TC \u003d 33 K) Molekula Molekula Struktura in videz. FuleRene C60 Fulerite Crystals Superconductivity v organskih kristalih so znani od leta 1979 (Bechgaard, 1979).
16. 16. Ker lahko materiali prihranijo ali uničijo pri nizkih temperaturah, je kositra podvržen fazni prehodu - "tin kuga". 1812 - Po legendi je bila odpravo Napoleona v Rusijo umrla zaradi tipk Tin na uniformah! 1912 - Smrt odprave kapitana r.f. Scott do južnega pola, ki je bil pripisan "Tin Chum". Prehod prvega Rodasy 13 0C belega kositra: 7,37 g / cm3 sivi kositer: 5.77 g / cm3
17. 17. Zlitine s pomnilniškim pomnilnikom 1 2 3 4 1- deformacije 3 - po ogrevanju (20 ° C) (50 ° C) 2- po deformaciji 4 - Po hlajenju (20 ° C) (20 ° C) Primer: Niti ( Nitinol) Uporaba: Shunts, zobni nosilci, elementi naftovodov in letalskih motorjev
18. 18. Čudeži optičnih lastnosti pleochroism (Cordieritetis) - Odprtje Amerike in navigacije ZDA VVSDVOBRELENE (kalcitski) aleksandrite učinek (Chrysobergija) skleda Likurga (steklo z nanodelci)
19. 19. O Nature Colorile Waves, å Color Extra Color4100 Purple Lemon-Yellow4300 Indigo Yellow4800 Blue Orange5000 Blue-Green Red5300 Green Purple5600 Lemon-Yellop Purple5800 Yellow Indigo6100 Orange Blue6800 Rdeča Sine-Green
20. 20. Barva je odvisna od smeri (pleochroism). Primer: Cordieritetis (Mg, Fe) 2A4SI5O18.
21. 21. 2. Napoved kristalnih struktur Oganov A.R., Lyakhov A.O., Valle M. (2011). Kako evolucijske napovedi kristalne strukture dela - in zakaj. Acc. Chem. OVE. 44, 227-237.
22. 22. J. Maddox (Narava, 1988) Naloga - Poiščite globalno minimum možnosti energetskih možnosti. 1 1 1 sek. Naprej vse strukture nemogoče: 10 1011 103 YRS. 20 1025 1017 YRS. 30 1039 1031 YRS. Pregled metode USPEX (ARO & Steklo, J.CHEM.PHYS. 2006)
23. 23. Kako najti Mount Everest z uporabo razvoja Kangaroo? (Slika R. Bolegg) Iztovarjamo pristanek Kangaroo in jim omogoči, da se pomnožijo (ni prikazano na razlogi cenzura) .....
24. 24. Kako najti Kengaroo Evolution, da bi našli Mount Everest? (Slika R. Boles) Aaaargh! Ouch .... in od časa do časa pridejo lovci in odstranite Kangaroo na manjših nadmorskih višinah
25. 25.
26. 26. Evolucijski izračuni "Samo-učenje" in iskanje na najzahtevnejših prostorih prostora
27. 27. Evolucijski izračuni "Self-učenje" in iskanje na najzahtevnejših prostorih prostora
28. 28. Evolucijski izračuni "Samo-učenje" in iskanje na najzahtevnejših prostorih prostora
29. 29. Evolucijski izračuni "Self-učenje" in iskanje na najzahtevnejših prostorih prostora
30. 30. Alternativne metode: Naključno iskanje (FREEMAN & CATLOW, 1992; VAN EIJCK & KROON, 2000, TIMPARD & POTREBION, 2006) No "usposabljanje" deluje samo za enostavni sistemi (do 10-12 atomov). Izvršni žarjenje (Pannetier 1990; Schön & Jansen 1996) No "učenje" metadamike (Martonak, Laio, Parrinello 2003) Tabu Iskanje v vesoljskem prostoru Minima Hopping (Gödecker 2004) uporablja zgodovino izračuna in "Samoučenje." Genetski in evolucijski algoritmi Bush (1995), Woodley (1999) - ne učinkovita metoda Za kristale. Deaven & Ho (1995) je učinkovita metoda za nanodelce.
31. 31. USPEX (Universal Struktura Prepovednik: Evolucijska xtalografija) (naključno) primarno prebivalstvo Nova generacija struktur se izvede le iz najboljših sedanjih struktur (1) dednost (3) koordinata (2) mutacijo mutacije (4)
32. 32. Dodatne sprejemi - parameter vrstnega reda "prstnih odtisov" rojstva naročila iz kaosa v evolucijskem procesu ["Bog \u003d generator raznolikosti" © C. Avetisyan] Lokalni red - označuje okvarjena območja
33. 33. Preizkus: "Kdo bi ugibal, da je grafit stabilen alotrop ogljika na navadnem tlaku?" (Maddox, 1988) tridimenzionalna struktura SP2, predlagana puška se pravilno napoveduje R. Hoffmann (1983) kot stabilna faza na 1 Struktura bankomata z nizko hibridizacijo energije SP3 ponazarjajo sp2 hibridizacijo ogljikovega kemije sp hibridizacijo (karte)
34. Test: Faze visokotlačnega tlaka so tudi pravilno reproducirane100 GPA: Diamond Stable 2000 GPA: BC8 faza faza + ugotovljena metastable faza, pojasnjevanje metastable BC8 faza silicija "Superhard Graphite" je znana (KASPER, 1964) (LI, ARO, MA, et al. , PRL 2009)
35. 35. Odkritje, narejeno z USPEX:
36. 36. 3. Materiali iz računalnika
37. 37. Otvoritev novih materialov: še vedno eksperimentalna metoda vzorcev in napak "Nisem trpila (deset tisoč) neuspeha, ampak le odprla 10000 ne-delovnih načine" (TA Edison)
38. 38. Poiščite gostoto snovi: Ali so močne spremembe ogljika gosta diamant? Da, struktura Almazalmaza ima najmanjši atomski volumen največje nestisibilnosti med vsemi novimi strukturami, elementi (in spojin). Tesnejši diamant! (Zhu, Aro, et al., 2011)
39. 39. Analogija oblik ogljika in silicijevega dioksida (SiO2) omogoča razumevanje gostote novih ogljikovih oblik. Nove strukture, 1,1-3,2% gosta diamant, zelo visoka (do 2.8!) Kazalniki lomnega in disperzije Svetlobni diamant HP3 Struktura TP12 Struktura TI12 StruktureO2 CRYSTOBALITE SIO2 QUARTZ SIO2 KITIT faza SIS2 Visok tlak
40. 40.
41. 41. Najtežji oksid - TiO2? (Dubrovinsky et al., Nature 410, 653-654 (2001)) Nishio-Hamane (2010) in Al-Khatatbeh (2009): kompresijski modul ~ 300 GPA, in ne 431 GPA. Lyakhov & Aro (2011): Eksperimenti tlaka so zelo zapleteni! Trdost ni višja od 16 GPA! TiO2 Softer SiO2 je WashOvit (33 GPA), B6O (45 GPA), AL2O3 CORUNDUM (21 GPA).
42. 42. Ali so možne oblike ogljika težjega diamanta? Ne. Material Model Li Lyakhov Exp. Trdota, Enthalpy, et al. & Aro struktura GPA EV / Atom (2009) (2011) Almaz 89,7 0.000 Diamond 91.2 89,7 90 Lonsdalet 89.1 0.026 Grafit 57.4 0.17 0.14 C2 / M 84.3 0.163 TIO2 Rutile 12.4 12.3 8-10 I4 / MMM 84.0 0.198 β-SI3N4 23.4 23.4 21 CMCM 83.5 0.282SIO2 Sticks 31.8 30.8 33 P2 / M 83.4 0.166 I212121 82.9 0.784 FMMM 82.2 0.322 CMCM 82.0 0.224 P6522 81.3 0.1211 Vse trdne strukture temeljijo na hibridizaciji SP3 evolucijski izračun
43. 43. Krmiljenje hladnega grafita daje m-ogljik, ne diamant! M-ogljik, predlagan leta 2006 v letih 2010-2012. Tenkalternativne strukture (W-, R-, S-, Q-, X-, Y-, R, S-, Q-, X-, Y-, Z-Carbon itd.) M-ogljik potrjuje New-Master Experimenti M-Carbon lažje oblikovan iz grafitnega grafita BCT4-Carbon Graphite M ogljikov grafit diamant
44. 44. M-Carbon - nova ogljikova oblika almazgrafit lonsaleit teoretične faze ogljik diagram m-ogljik-spool carbine
45. 45. Snov pod pritiskom v naravi P.W. Bridgman 1946. Nobel Laureate. (Fizika) 200X trgovina: 100 gp \u003d 1 mbar \u003d
46. Neptun ima notranji vir toplote - vendar CH4 od kje? Uran in Neptun: H2O: CH4: NH3 \u003d 59: 33: 8. Neptun ima notranji vir energije (Hubbard'99). Ross'81 (in Benedetti'99): CH4 \u003d C (diamant) + 2H2. Diamond Drop-Home Vir toplote na Neptunu? Teoria (Ancostotto'97; Gao'2010) To potrjuje. Metan ogljikovodični diamant.
47. 47. Brane so med kovinami in nekovinami, njene edinstvene strukture pa so občutljive na B nečistoče, temperature in tlak-BETA-B T-192
48. 48. Zgodovina otvoritve in raziskav Bora je polna protislovja in detektiv obrne B 1808: J.L.GAY-LUSSAC in H.DDavy je napovedal odprtje novega elementa - Boron.j.l. Gay-Lussac H. Davy 1895: H. Moissan dokazal, da so njihove snovi odprle največ 50-60% bora. Moissan material pa se je prav tako izkazal, da je spojina z vsebnostjo bora, ki je manjša od 90%. H. Moissan 1858: F. Wöhler je opisal 3 modifikacije Bora - "Diamond", "Graphite-" in "podobno". Vsi trije so bili povezavi (na primer, ALC12 in B48C2AL). 2007: ~ 16 Spremembe Crystal so bile objavljene (večina so povezave?). Ni znano, kateri obliki je najbolj stabilen. F. Wöhler.
49. 49. Pod pritiskom BOHR oblikuje delno ionsko strukturo! B 2004: Chen in Szozhenko: sintetiziran novo modifikacijo bora, vendar ne more rešiti njene strukture. 2006: Joganov: Določena struktura, dokazala svojo stabilnost. 2008: Syboltenko, Kurakvich, Yogan - Ta faza je ena izmed najbolj trdnih znane snovi (Trdota 50 GPA). Rentgenska difrakcija. Od zgoraj - teorije, od spodaj - eksperimentirana struktura gama-boron: (B2) Δ + (B12) δ-, δ \u003d + 0,5 (Aro et al., Nature 2009). Distribucija najbolj (levo) in najmanj (desno) stabilne elektrone.
50. 50. Prvi fazni diagram Bora - po 200 letih raziskav! Bohr's Flazing Graf (Aro et al., Nature 2009)
51. 51. natrijev - kovinski, ki ga odlično opisuje model prostih elektronov
52. 52. Pod tlakom natrija spremeni njegovo bistvo - "Alkemična transformacija" NA 1807: natrij je odprl Gambrey Davy. 2002: Hanfland, Syassen, et al. - Prva navedba na izjemno kompleksni kemiji. Davy natrij pod tlakom nad 1 mbar. Gregornz (2008) - Podrobnejši podatki. Pod tlakom natrija postane delno D-kovina!
53. 53. Predvidevali smo novo strukturo, ki je transparentna ne-metalo! Natrij postane pregleden pri tlaku ~ 2 MA, EREMETS, ARO et al., Narava 2009) Elektroni so lokalizirani v "praznem mestu" strukture, zaradi česar je stisnjen natrijev ne-metalol
54. Študija mineralov ni le estetska tvorba, temveč tudi praktično temeljno pomembna znanstvena smer znižanja tališča, nečistoče lesa se stopijo na 70 ° C. Zlitina BI-PB-SN-CD-IN-TL - 41.5 S!
55. 64. Kakšna je sestava notranjega jedra zemlje? Jedro je nekoliko manj gosto kot čisto železo. V FE jedru v zlitinah s svetlobnimi elementi, kot so S, SI, O, C, H. v sistemih FE-C in FE-H, so predvidene nove povezave (FEH4!). Ogljik lahko vsebuje v jedru v velikih količinah [Bazhanov, Yoganov, Gianola, UFN 2012]. Odstotek ogljika v notranjem jedru, ki je potreben za pojasnjevanje svoje gostote
56. 65. Narava sloja D "(2700-2890 km) je dolgo časa ostala skrivnost" - koren vročih mantletov tokov, ki je MGSIO3 ~ 75 Vol.% Nekaj \u200b\u200blanse D ": Seizmična vrzel, Anizotropyvpimatic Anisotropy Corderyite Color!
57. 66. RIDDRAGE - V obstoj novega minerala, MGSIO3 post-perverting plast d "(2700-2890 km) fazni diagram d" MGSIO3 Brak pojasnjuje obstoj plasti D "Omogoča izračun njene temperature pojasnjuje razlike MGSIO3 Dan plasti D "raste peroventely hlajenje Zemlje D" odsoten na živo srebro in Mars je napovedal novo družino mineralov zmanjšal - Tschauner (2008)
58. 67. Struktura snovi je ključ do znanja sveta. 4. Poglobimo razumevanje planetarnega podtalja. 3. Računalnik se nauči napovedati nove materiale 2. Za napovedovanje kristalnih struktur je že mogoče1. Strukture. Opredelitev.
59. 68. Hvaležnost: Moji študenti, podiplomski študenti in pokatniki: a. Lyakhov Y. Ma s.e. Boulfel c.w. Steklo Q. ZHU Y. XIE Kolegi iz drugih laboratorijev: F. Zhang (Perth, Avstralija) C. GATTI (U. Milano, Italija) G. GAO (Univerza Jilin, Kitajska) A. Bergara (U. Baskija, Španija) I. Errea (U. Baskovska država, Španija) M. Martinez-Canales (UCL, UK) C. HU (Guilin, Kitajska) M. Salvado & P.Pertierra (Oviedo, Španija) VL Sybolnko (paris) d.yu. Pushchashovsky, V.V. Brazhn (Moskva) Uporabniki uporabnikov uporabnikov (\u003e 1000 ljudi) - http://han.ss.sunysb.edu/~uspex

Objavljamo besedilo predavanja, ki ga prebere profesor na Univerzi v New Yorku, Adnunct Professor MSU, častni profesor univerze Guilign Artem. Ohanov. 8 September 2012 v okviru cikla "javnih predavanj" Politik.ru "na festivalu na prostem knjigahOgakmarket. V umetniškem parku "Museon".

"Polyant.ru javna predavanja" potekajo s podporo:

Predavanje besedila

Zelo sem hvaležen organizatorjem tega festivala in »Politik.Ru« za povabilo. To je velika čast mi, da preberem to predavanje; Upam, da vam bo zanimiva.

Predavanje je neposredno povezano z našo prihodnostjo, saj je naša prihodnost nemogoča brez novih tehnologij, tehnologij, ki se nanašajo na našo kakovost življenja, tukaj je iPad, tukaj je naš projektor, vse naše elektronike, energetsko varčne tehnologije, tehnologije, ki se uporabljajo za Očistite okolje, tehnologije, ki se uporabljajo v medicini, in tako na - vse to je odvisno od izenačnosti novih materialov, nove tehnologije zahtevajo nove materiale, materiale z edinstvenimi, posebnimi lastnostmi. In kako se ti novi materiali ne razvijejo v laboratoriju, ampak na računalniku, bo šla zgodbo.

Predavanje se imenuje: "Računalniška zasnova novih materialov: sanje ali resničnost?". Če je bila zelo sanje, predavanje ne bi bilo smiselno. Sanje so nekaj, praviloma, ne z realnega območja. Po drugi strani pa, če bi bilo že v celoti izvedeno, predavanje nima nobenega smisla, ker je nova vrsta metodologije, vključno s teoretičnim računalništvom, ko so že v celoti razviti, se gibljejo od razrešnice znanosti v kategoriji industrijskih rutinske težave. Pravzaprav je to področje popolnoma novo: Računalniško oblikovanje novih materialov je nekje sodobno med sanjami - dejstvo, da je to nemogoče, kaj sanjamo o prostem času - in resničnost, to ni do konca dokončanega območja, ki je območje, ki se je zdaj razvilo. In to območje bo v bližnji prihodnosti omogočilo, da se umika iz tradicionalne metode odpiranja novih materialov, laboratorija, in nadaljuje z računalniškim oblikovalskim materialom, bi bilo ceneje, in hitreje, na več načinov, še bolj zanesljivo. Toda kako to storiti, bom povedal. To je neposredno povezano s problemom napovedovanja, napovedi strukture snovi, ker struktura snovi določa njegove lastnosti. Različna struktura iste snovi, recimo, ogljik, določa surterald diamant in super-dimenzionalni grafit. Struktura v tem primeru je vse. Struktura snovi.

Na splošno praznujemo stoletnico prvih poskusov v letošnjem letu, ki omogoča, da odpre strukturo snovi. Zelo dolgo nazaj, z antičnimi časi, so ljudje predložili hipotezo, da je snov sestavljena iz atomov. Omemba tega je mogoče najti, na primer, v Bibliji, v različnih indijskih EPIC, in povsem podrobno sklicevanje na to je mogoče videti iz Demoje in Lucreta Kara. In prva omemba, kako je snov urejena, saj je ta snov sestavljena iz teh diskretnih delcev, atomov, pripadajo Johann Kepleru, veliki matematiki, astronom in celo astrologerja - v tem času je astrologija štela za znanost, na žalost. Kepler je narisal prve slike, v katerih je pojasnil šesterokotno obliko snežinke, in ledeno strukturo, ki jo je predlagal Kepler, čeprav se razlikuje od resničnosti, v mnogih vidikih je podobno. Kljub temu pa je hipoteza o atomski strukturi snovi ostala hipoteza do 20. stoletja, dokler je ta hipoteza prvič, prvič, ta hipoteza ni znanstveno dokazana. Postala je dokazana z mojo znanostjo, kristalografijo, znanostjo relativno nova, ki se je rodila sredi 17. stoletja, 1669 je uradni datum rojstva kristalografske znanosti, in ustvaril svoj čudovit danski znanstvenik Nikolai Wyton. Pravzaprav je bilo njegovo ime Niels Szesen, je bil Dane, latinizirano ime - Nikolai Wallon. Ustanovil je ne le kristalografija, temveč številne znanstvene discipline, in je oblikovala prvi zakon kristalografije. Od tega časa je kristalografija na poslovilni poti začela svoj razvoj.

Nikolai Stenon je imel edinstveno biografijo. Postal je ne le ustanovitelj več znanosti, temveč je uvrstil tudi obraz katoliške cerkve svetnikov. Kristalograf je bil tudi največji nemški pesnik Goethe. In Goethe pripada kotaciji, ki je kristalografija neproduktivna, obstaja znotraj samega sebe, na splošno pa je ta znanost popolnoma neuporabna, in ni jasno, zakaj je potrebna, vendar kot uganka je zelo zanimiva, in zaradi tega privlači zelo pametno ljudi. Tako je govorila Goethe v priljubljenem predavanju Preskoči, ki jo je prebral nekje na Baden Resorsu, bogat z mirostimi ženskami. Mimogrede, je mineral, ki se imenuje v čast Goethe, izgine. Treba je povedati, da je bila kristalografija v tem času precej neuporabna znanost, res na ravni nekaterih matematičnih sharada in ugank. Toda čas, ki je bil opravljen, in pred 100 leti, je kristalografija prišla iz kategorije takšne znanosti v sebi in postala znanost izjemno koristna. Pred tem je bila velika tragedija.

Ponavljam, atomska struktura snovi je ostala hipoteza do leta 1912. Veliki avstrijski fizik Ludwig Boltzman je gradil vse svoje znanstvene argumente o tej hipotezi o atomity snovi in \u200b\u200bje bil močno kritiziran s številnimi njegovimi nasprotniki: "Kako lahko zgradite vse svoje teorije na nepredvideni hipotezi?" Ludwig Boltzman pod vplivom te kritike, pa tudi slabo zdravje, se je zavezala leta 1906. Z obešali se je, da je na počitnicah s svojo družino v Italiji. Šele 6 let kasneje je bila dokazana atomska struktura snovi. Torej, če bi bil malo bolj pacient, bi poskušal nad vsemi njegovimi nasprotniki. Potrpežljivost včasih pomeni več kot um, potrpljenje pomeni več kot celo Genius. Torej - kaj so bili ti poskusi? Ti poskusi so izdelali Max von Laue, natančneje, njegovi podiplomski študenti. Max von Laue sam ni naredil takšnih poskusov, ampak ideja mu je pripadala. Ideja je bila, da če snov je res sestavljena iz atomov, razen če je, kot je predpostavljal Kepler, so atomi zgradili v kristalno periodico na običajnem načinu, nato pa je treba opaziti povišani fenomen. Kmalu pred odkritjem rentgenskih žarkov. Fizika do takrat je bila že dobro razumljena, da če je valovna dolžina sevanja primerljiva z dolžino periodičnosti - značilno dolžino predmeta, v tem primeru - kristal, potem je treba opaziti razpršilni fenomen. To pomeni, da bodo žarki potujejo ne le strogo v ravni liniji, temveč tudi, da odstopajo na popolnoma strogo določenih kotih. Tako je treba kristal opaziti nekaj popolnoma posebne slike rentgenske difrakcije. Znano je bilo, da bi morala valovna dolžina rentgenske sevanja podobna velikosti atomov, če obstajajo atomi, so bile narejene ocene velikosti atomov. Če je atomska hipoteza strukture snovi pravilna, je treba upoštevati difrakcijo X-žarkov kristalov. Kaj bi bilo lažje preveriti?

Preprosta ideja, preprost eksperiment, za katerega je malo več kot v enem letu, Laue. Imam Nobelovo nagrado v fiziki. In lahko poskusimo porabiti ta poskus. Ampak, na žalost, zdaj preveč lahka, da ta eksperiment lahko opazuje vse. Toda morda bomo to poskusili z eno pričo? Kdo bi lahko prišel sem in poskušal opazovati ta poskus?

Glej. Tukaj je laserski kazalec, ji bomo sijali - in kaj se dogaja tukaj? Nimamo X-žarkov, ampak optični laser. In to ni struktura kristala, njena podoba pa za 10 tisočkrat: vendar je navsezadnje laserska valovna dolžina 10 tisočkrat višja od valovne dolžine rentgenske sevanja, zato je pogoj za difrakcijo ponovno izdelan - Primerljivost valovne dolžine z obdobjem kristalne mreže. Tukaj gledamo na predmet, v katerem ni redne strukture, tekočine. Tu, Oleg, drži to sliko, in zassil bom laser, se približal, slika bo majhna, ker ne moremo projektirati ... Poglej, vidite prstan tukaj, znotraj - točka, ki označuje neposreden prehod žarek. Toda obroč je difrakcija iz anorganizirane tekoče strukture. Če je kristal pred nami, bo slika popolnoma drugačna. Vidite, imamo veliko žarkov, ki se odvzamejo na strogo določenih kotih.

Oleg (prostovoljec):Verjetno zato, ker več atomov ...

Artyom Yoganov: Ne, zaradi dejstva, da se atomi nahajajo strogo na določen način, lahko opazujemo takšno sliko difrakcije. Ta slika je zelo simetrična, pomembna pa je. Najdi Oleg za briljantno izvedeni eksperiment, ki bi prinesel Nobelovo nagrado pred 100 leti.

Naslednji - naslednje leto se je Oče in sin Bragg naučil dešifrirati difrakcijske slike, določiti kristalne strukture. Prve strukture so bile zelo preproste, zdaj pa se zahvaljujoč najnovejšim metodologijam, za katere je bila nagrada Nobelova nagrada leta 1985, je že mogoče dešifrirati že zelo, zelo zapletene strukture, ki temeljijo na poskusu. Tukaj je poskus, ki ga je I in Oleg reproducirana. Tu je izvorna struktura, je benzen molekula, Oleg je opazil takšno difrakcijsko sliko. Zdaj, s pomočjo eksperimenta, je mogoče dešifrirati zelo zapletene strukture, zlasti strukturo kvazikristalov, in za odprtje kvazikristalov, to novo stanje trdne snovi, lani je bila dana Nobelova premija za kemijo. Kako dinamika je to področje, katera temeljna odkritja se izvajajo v našem stoletju! Struktura beljakovin in drugih biološko aktivnih molekul je prav tako dekodirana z difrakcijo rentgenske učenja, ta odlična kristalografska metoda.

Torej, vemo, različne države snovi: naročeno kristalinične in kvazikristalne, amorfne (neurejeno trdno stanje), kot tudi tekoče, plinasto stanje in različne polimerne stanja snovi. Poznavanje strukture snovi lahko napovedujete številne in številne lastnosti ter z veliko stopnjo zanesljivosti. Tu je struktura magnezijevega silikata, tipa Perovskite. Poznavanje približnih položajev atomov, lahko napovedati, na primer, tako precej težko premoženje, kot elastična konstanta - ta lastnost je opisan z rang tenzorjem z množico komponente, in to kompleksno lastnino lahko napovedati z eksperimentalno natančnostjo, vedeti samo položaj atomov. In snov je zelo pomembna, 40% obsega našega planeta. To je najpogostejši material na zemlji. In zdaj razumeti lastnosti te snovi, ki obstaja pri visokih globinah, je možno, vedeti, da samo lokacijo atomov.

Rad bi malo povedal, kako so lastnosti nepremičnin povezane kot napovedovanje strukture snovi, tako da je mogoče predvideti nove materiale, in kaj je bilo storjeno s tovrstnimi metodami. Zakaj je led lažji od vode? Vsi vemo, da ledene gore plavajo in se ne utopijo, vemo, da je led vedno na površini reke in ne na dnu. Kaj je narobe? Ohišje je v strukturi: če pogledate to strukturo ledu, potem boste videli velike šesterokotni pramente v njej, in ko se led začne taliti, vodni molekule zamašek te šesterokotni praznin, zaradi te gostote vode postane večja od gostota ledu. Lahko pokažemo, kako se ta proces dogaja. Pokazal vam bom kratek film, pozorno poglejte. Taljenje se bo začelo s površinami, zato se res zgodi, vendar je to računalnik izračun. In videli boste, kako se razteza v notranjosti ... Molekule se gibljejo, in vidite, kako so ti šesterokotni kanali zamašeni, in pravilnost strukture je izgubljena.

Loda ima več različne oblikein zelo zanimiva oblika ledu, ki jo dobimo, če dosežete praznino ledene strukture z gostujočimi molekulami. Toda struktura se bo tudi spremenila. Govorim o tako imenovanem plinski hidrati ali Clathratites. Vidite okvir vodnih molekul, v katerih obstajajo praznine, v katerih so prisotne goste molekule ali atomi. Gostom molekule je lahko metan - zemeljski plin, je lahko ogljikov dioksid, morda, na primer, atom ksenona, in vsak od teh plin hidrate ima zanimivo zgodbo. Dejstvo je, da rezerve metana hidrat vsebujejo 2 naročila velikosti več zemeljski plintradicionalnih depozitov plina. Depoziti tega tipa se nahajajo, praviloma, na morski polici in na conah Permafrosta. Problem je, da se ljudje še niso naučili varnega in donosne plina iz njih. Če je ta problem rešen, bo človeštvo lahko pozabi na energetsko krizo, bomo imeli praktično neizčrpen vir energije za prihodnje stoletja. Vodikov ogljikov dioksid je zelo zanimiv - lahko se uporablja kot varen način odstranjevanja presežnega ogljikovega dioksida. Ogljikov dioksid prenesete pod nizkim tlakom v ledu in ga vržite na morsko dno. Ta led je popolnoma mirno, da je več tisoč let. Xenon-jev hidrat, ki je služil kot razlaga ksenonske anestezije, hipoteze, ki je pred 60 leti imenovala Grand Crystalochemist Linus Polingom: Dejstvo je, da če je oseba dana za dvig ksenona pod nizkim pritiskom, oseba preneha počutiti bolečino. Uporabljena je bila in zdi se, da se zdaj uporablja za anestezijo v kirurških operacijah. Zakaj?

Xenon pod nizkim tlakom spojin z vodo molekule, ki tvorijo isti plinski hidrati, ki zamašijo širjenje električnega signala nad človeškim živčnim sistemom. In signal bolečine iz obratovalne tkanine preprosto ne doseže mišic, zaradi dejstva, da je prav s takšno strukturo, ksenonski hidrat. To je bila prva hipoteza, morda je resnica bolj zapletena, vendar ni dvoma, da je resnica blizu. Ko govorimo o takih poroznih snoveh, je nemogoče, da se ne spomnimo mikroporoznih silikatov, tako imenovanih zeolitov, ki se zelo pogosto uporabljajo v industriji za katalizo, kot tudi za ločevanje molekul z razpokajo nafte. Na primer, oktan in mesoochean molekule so popolnoma ločeni z zeoliti: to je ista kemijska formula, vendar je struktura molekul nekoliko drugačna: eden od njih je dolg in tanek, druga je kratka in debela. In tisti, ki je tanek, prehaja skozi praznine strukture, in tisti, ki je debela, se smehi, in zato takšne strukture, take snovi se imenujejo molekularne sise. Ta molekularna sita se uporabljajo za očistitev vode, zlasti vode, ki jo pijemo, v naših žerjavih, bi morala preiti skozi več filtrov, vključno s pomočjo zeolitov. Tako se lahko znebite kontaminacije z najbolj različnimi kemičnimi onesnaževali. Kemična onesnaževala so včasih zelo nevarna. Zgodba pozna primere, kako zastrupitve težke kovine na zelo žalostnih zgodovinskih primerih.

Ocenjevanje po vsej žrtvah zastrupitve živega srebra so bili prvi prvi cesar Kitajske - Qin Shihuandi, in Ivan Grozno, in tako imenovani Crazy Hat je bil zelo dobro preučevan, v 18-19 stoletjih v Angliji, ki delajo v Industrija klobuk je bila zelo zgodaj, da je nevrološka bolezen imenovala bolezen norega klobuka. Njihov govor je postal neskladen, njihovi ukrepi so brez pomena, njihovi udi so bili nenadzorovani, in padli so v demenci in norosti. Njihovo telo je bilo nenehno v stiku z živo srebrom, saj so namočili te klobuke v rešitvah živega srebra soli, ki so padle v svoje telo in udarili živčni sistem. Ivan Grozny je bil zelo progresiven, dober kralj pri starosti 30 let, potem pa se je čez noč spremenil - in postal noro tiran. Ko je njegovo telo ekshumiralo, se je izkazalo, da je močno deformiral kosti, in vsebovali so ogromno koncentracijo živega srebra. Dejstvo je, da je kralj trpel zaradi resne oblike artritisa, pri tem pa je bil artritis zdravljen z drgnjenjem živosrebrov mazil - to je bilo edino zdravilo, in morda samo Merkury pojasnjuje čudno norost Ivana strašnega. Qin Shihuandi, oseba, ki je ustvarila Kitajsko v svoji sedanji obliki, pravila 36 let, in prvih 12 let, je bila lutka v rokah njegove matere, najemnine, njegova zgodba je podobna zgodovini Hamleta. Mama in njen ljubimec je ubil svojega očeta, nato pa se je poskušal znebiti sebe in zgodba je strašna. Vendar je bilo nujno, da je začel vladati - in za 12 let je ustavil državljansko vojno med 7 kraljestvih na Kitajskem, ki je trajal 400 let, United Kitajska, je združil težo teže, denarja, poenotenega kitajskega pisanja, on Zgradil je odlično kitajsko steno, zgradil je 6, 5 tisoč kilometrov avtocest, ki se še uporabljajo, kanali, ki se še uporabljajo, in to je storila eno osebo, vendar je v zadnjih letih utrpela nekaj čudne oblike manične norosti. Njegovi alchemisti, da bi ga dal nesmrtno dal Merclury tablete, so verjeli, da bi ga naredila nesmrtno, zato ta oseba, ki je očitno, ki jo je razlikovala z naključnim zdravjem, umrla, ni živela in do 50 let, in zadnjih let tega kratkega življenja je bilo omrocheted norost. Zastrupitev svinca, po možnosti njegovih žrtev številnih rimskih cesarjev: v Rimu je bila vodna cev, vodovod, in je znano, da se z zastrupitvijo s svincem zmanjšajo nekatere oddelke možganov, kar je mogoče videti celo na tomografskih slikah, Inteligenca pade, IQ Falls, oseba postane zelo agresivna. Zastrupitev svinca - do danes velike težave pri številnih mestih in državah. Da se znebite te vrste neželenih posledic, moramo razviti nove materiale za čiščenje okolja.

Zanimivi materiali, ki niso v celoti pojasnjeni, so superprevodniki. Superprevodnost je bila odprta pred 100 leti. Ta pojav je večinoma eksotičen, odprto je bilo odprto. Samo ohlajeno živo srebro v tekočem heliju, smo izmerili električno upornost, se je izkazalo, da se gladko pade na nič, kasneje pa se je izkazalo, da superprevodniki popolnoma potisnejo magnetno polje in lahko levitajo v magnetno polje. Ti dve značilnosti superprevodnikov se zelo široko uporabljata v visokotehnoloških aplikacijah. Vrsta superprevodnosti, ki je bila odprta pred 100 leti, je bila pojasnjena, pojasnilo je bilo potrebno za pol stoletja, ta razlaga je prinesla Nobelovo nagrado John Bardin in njegove kolege. Potem pa v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, je bila odprta nova vrsta superprevodnosti, najboljši superprevodniki pa spadajo v ta razred - visoke temperature superprevodnikov, ki temeljijo na bakru. Zanimiva značilnost je, da takšna superprevodnost še vedno nima razlage. Aplikacije iz superprevodnikov veliko. Na primer, uporaba superprevodnikov ustvarjajo najmočnejša magnetna polja, in to se uporablja v magnetnem resonančnem slikanju. Prebiranje vlakov na magnetno valjanje - druga aplikacija, in tukaj je fotografija, ki sem jo osebno storil v Šanghaju na takem vlaku - kazalnik hitrosti 431 kilometrov na uro je viden. Superprevodniki so včasih zelo eksotični: že 30. Organski superprevodniki so stari 30 let, t.j. superprevodniki, ki temeljijo na ogljiku, se izkaže, celo diamant, ki vstopa v majhno količino atomov borova. Grafit je lahko tudi superprevodnik.

Tukaj je zanimivo zgodovinsko vzporedno, kako lahko lastnosti materialov ali njihova nevednost imajo smrtne posledice. Dve zgodbi, ki sta zelo lepe, toda očitno sta zgodovinsko narobe, vendar jim bom še vedno povedal, ker je lepa zgodba včasih boljša od resnične zgodbe. V priljubljeni znanstveni literaturi, je zelo pogosto mogoče izpolniti sklicevanja na to, kako učinek tin kuga - in njen vzorec - uničil ekspedicijo Napoleona v Rusiji in Kapetan Scott na južnem polu. Dejstvo je, da je pločevina pri temperaturi 13 stopinj Celzija podvržena prehoda iz kovine (to je bel TIN) v sivi kositer, polprevodnika, medtem ko se gostota strmo pade - in Tin pade narazen. To se imenuje "tin kuga" - TIN preprosto je zmečkan. In tukaj je zgodba, ki nisem izpolnila popolne razlage. Napoleon prihaja v Rusijo s 620.000 vojski, daje le nekaj relativno majhnih bitk - in gre za borodin le 150 tisoč ljudi. 620 prihaja v borodin skoraj brez boja, ki prihaja 150 tisoč. Z Borodino, približno 40 tisoč žrtev, potem umik iz Moskve - in 5 tisoč ljudi doseže Pariz. Mimogrede in umik je bil tudi skoraj brez boja. Kaj se dogaja? Kako od 620 tisoč brez boja za vožnjo do 5 tisoč? Obstajajo zgodovinarje, ki trdijo, da so krivi za vse tin kuge: gumbi na uniformah vojaki so bili narejeni iz kositra, Tin, ki se je zmečkal, takoj ko je prišel mraz, - in vojaki se je izkazalo, da se dejansko goli v ruski zmrzali. Težava je v tem, da so bili gumbi narejeni iz umazanega kositra, ki je stalno za tin kuga.

Zelo pogosto si lahko ogledate v priljubljenem znanstvenem tisku, ki omenjajo, da kapitan Scott v različnih različicah bodisi s samimi letali, v katerih so imeli rezervoarji za gorivo kositrne pakete, ali v pločevinkah hrane v pločevitem bankah, ki so se ponovno razpadli, in odpravo je umrla od lakote in mraza. Pravzaprav sem prebral dnevnike Kapetan Scott - Ni omenjal nobenih letal, je imel nekaj aerosani, vendar spet ne piše o rezervoarju za gorivo, prav tako pa ne piše o konzervirani hrani. Torej so te hipoteze očitno napačne, vendar zelo zanimive in poučne. Ne pozabite, da je učinek kositra kuga v vsakem primeru uporabna, če greste na hladno klimo.

Tukaj je še ena izkušnja, potem pa bom potreboval vrelo vodo. Še en učinek, povezan z materiali in njihovo strukturo, ki ne bi prišel na eno osebo, - učinek obrazcev, prav tako odprt. Na tej sliki, vidite, da so moji kolegi naredili dve pisma iz te žice: T U, Tehnična univerza, so to obliko prizadeli pri visokih temperaturah. Če naročite nekaj obrazec pri visokih temperaturah, se bo material spomnil tega obrazca. Lahko naredite srce, na primer, da bi dobili srček in reči: to srce se bo spominjalo mojih občutkov za vedno ... potem je ta obrazec mogoče uničiti, vendar takoj, ko ga dajete v tople vode, je oblika obnovljena, to Izgleda kot Magic. Pravkar ste zlomili ta obrazec, vendar ste postavili v toplo vodo - obrazec je obnovljen. In vse to je posledica zelo zanimivega in precej tanke strukturne preobrazbe, ki se pojavi v tem materialu pri temperaturi 60 stopinj Celzija, zato potrebujejo toplo vodo v naših izkušnjah. Enaka transformacija se pojavi v jeklu, v jeklu pa se pojavi prepočasi - in spomin na učinek obrazca se ne pojavi. Predstavljajte si, če je jeklo tudi pokazalo takšen učinek, bi živeli v povsem drugem svetu. Učinek oblike obrazca najde veliko aplikacij: zobne oklepaje, srčni shunts, deli motorja na letalih, da se zmanjša hrup, konice v plinovodih in naftovodih. In zdaj potrebujem še en prostovoljec ... prosim, kaj je vaše ime? Vika? Potrebovali bomo pomoč Wiki s to žico, to je žična pomnilniška žica. Isti zlitini Nitinol, zlitina niklja in titana. Ta žica je bila uvrščena v obliki ravna žice, in se bo ta obrazec za vedno spomnil. Vika, vzemite kos te žice in njegov na vsak način, da se preusmeri, da je tako, da je posreden, kot je mogoče, samo vozlišča ne povezujejo: vozlišče ne dvigne. In zdaj ga pogibajo v vrelo vodo, žica pa se bo spominjala ta obrazec ... No, kako, poravnan? Ta učinek je mogoče opaziti za vedno, verjetno sem ga videl tisočkrat, vendar vsakič, kot otrok, pogledam in občudujem, kakšen lep učinek. Vzpenjamo se v Viko. Lepo bi bilo, če bi se naučili takšnih materialov, ki bi napovedali na računalniku.

Ampak jaz. optične lastnosti Materiali, ki so prav tako popolnoma netrivialni. Izkazalo se je, veliko materialov, skoraj vse kristale, razdelijo žarek svetlobe na dveh žarkih, ki potujejo v različnih smereh in pri različnih hitrostih. Kot rezultat, če pogledate skozi kristal na nekaj napis, bo napis vedno malo. Ampak, praviloma, se ne razlikuje za naše oko. V bolečih kristalih je ta učinek tako močan, da lahko resnično vidite dva napisi.

Vprašanje iz dvorane:Ste rekli - po različnih hitrostih?

Artem Oganov:Da, hitrost svetlobe je konstantna samo v vakuumu. V kondenziranih medijih je nižja. Nato smo navajeni, da mislimo, da ima vsak material določeno barvo. Ruby - rdeča, safirna - modra, vendar se izkaže, da je barva odvisna tudi od smeri. Na splošno je ena od glavnih značilnosti kristala anizotropna - odvisnost lastnosti lastnosti. Lastnosti v tej smeri in v tej smeri se razlikujejo. Tukaj je mineralni cortrieritis, ki v različnih smereh barva se spremeni od rjavkasto rumene do modre, to je isti kristal. Ali mi kdo verjame? Prinesel sem poseben Cordierite Crystal, prosim ... Poglej, kakšne barve?

Vprašanje iz dvorane:Zdi se belo, toda tako ...

Artem Oganov:Iz neke svetlobe, kot bela, na Violeto, si samo zavrtite kristal. Pravzaprav je islandska legenda o tem, kako so Vikingi odprli Ameriko. In mnogi zgodovinarji v tej legendi vidijo navedbo uporabe tega učinka. Ko so bili vikingi izgubljeni sredi Atlantskega oceana, je njihova Konung vzela določen sončni kamen, in v mraku za mrak je uspelo ugotoviti smer na zahod, in tako so hodili v Ameriko. Kaj je sončni kamen, nihče ne ve, ampak mnogi zgodovinarji verjamejo, da je Sunny Stone, da Vika ohranja v rokah, Cordieritetis, mimogrede, Cordierit najdemo ob obali Norveške, in s pomočjo tega kristala lahko resnično krmarijo V svetlovi somraka v večerni svetlobi, kot tudi v Polar Latitudes. In ta učinek smo uporabili ameriške letalske sile do 50-ih, ko jo je nadomestilo naprednejše načine. Toda še en zanimiv učinek - Alexandrite, če ima kdo željo, sem prinesel kristalno sintetično aleksandrite, njegove barve pa se spreminjajo glede na vir svetlobe: na dan in električni. In končno, še en zanimiv učinek, ki ga mnogi stoletja niso mogli razumeti znanstvenikov in umetniških zgodovinarjev. Likurgova skleda je predmet, ki ga je izdelal rimski obrtniki pred več kot 2 tisoč leti. V razpršeni svetlobi ima ta skleda zeleno barvo in v prehodu - rdeče. In to je bilo mogoče vzeti dobesedno pred nekaj leti. Izkazalo se je, da posoda ni bila izdelana iz čistega stekla, vendar vsebuje zlate nanodelce, ki ustvarjajo ta učinek. Zdaj razumemo naravo barve - barva je povezana z nekaterimi absorpcijskimi območji, z elektronsko strukturo snovi, in to je v zameno, je povezana z atomsko strukturo snovi.

Vprašanje iz dvorane:Koncepti "se odražajo" in "mimo" mogoče razložiti?

Artem Oganov:Lahko! Mimogrede, ugotavljam, da so te zelo absorpcijske spektre določene, zakaj je Cordieritis drugačna barva v različnih smereh. Dejstvo je, da je struktura sama kristal - zlasti, Cordieritetis - izgleda drugače v različnih smereh, in svetloba v teh smereh se absorbira na različne načine.

Kaj je bela svetloba? To je celoten spekter od rdeče do violeta, in ko svetloba prehaja skozi kristal, se del tega območja absorbira. Na primer, kristal lahko absorbira modro in kaj se bo zgodilo, kot rezultat, lahko vidite iz te tabele. Če absorbirate modre žarke, potem na izhodu boste imeli oranžno barvo, to je, ko vidite nekaj oranžne barve, veste, da ta snov absorbira v modri seriji. Razpršena luč je, ko imate isto LICHARGE skledo na mizi, svetloba pade, nekatere od ta svetloba pa se razprši in pade v vaše oči. Lahka razpršena obeys Popolnoma različni zakoni in zlasti odvisna od žita objekta. Zahvaljujoč raztresenju svetlo modrega neba. Obstaja zakon Rayleigh sipanja, s katerim lahko razložite te barve.

Dokazal sem vam, kako so lastnosti povezane s strukturo. In kako lahko napovejem kristalno strukturo, zdaj bomo na kratko pogledali. Torej, naloga napovedovanja kristalnih struktur, do nedavnega se je štela za nerešene. Ta naloga sama je oblikovana na naslednji način: Kako najti lokacijo atomov, ki daje največjo stabilnost - to je najnižja energija? Kako narediti? Seveda lahko pojdite skozi vse možnosti za lokacijo atomov v prostoru, vendar se izkaže, da so takšne možnosti toliko, da nimate dovolj življenja, da bi šli skozi, prav tako za precej preproste sisteme, Recimo, z 20 atomi, boste potrebovali več kot čas življenja vesolja, da bi šli skozi vse te možne kombinacije na računalniku. Zato je bilo verjel, da je ta naloga brez povezanih. Kljub temu je bila ta naloga rešena, in več metod ter najučinkovitejša metoda, čeprav je lahko nemomalno zvenela, je razvila moja skupina. Metoda se imenuje "uspeh", "USPEX", evolucijska metoda, evolucijski algoritem, bistvo, ki vam ga bom zdaj poskušal pojasniti. Naloga je enakovredna iskanju globalnega maksimuma na večdimenzionalni površini - za preprostost, razmislite o dvodimenzionalni površini, površini zemlje, kjer morate najti najvišjo goro, ne da bi imeli kartice. Oblikovajmo ga, kot je oblikovano, to je moj avstralski kolega Richard Clegg - on je avstralski, ljubi kenguruja, in v svojem besedilu z kengurujem, dovolj ne-intelektualnih živali, morate določiti najvišjo točko na površini tal. Kangaroo razume le preprosta navodila - Pojdi gor, pojdi dol. V evolucijskem algoritmu, smo odvrgli iz pristanka Kangaroo, po naključju, v različnih točkah planeta in dati vsakega od njih navodila: Pojdi gor, na vrh najbližjega hriba. In gredo. Ko ti kenguru dosežejo na primer gore Sparrow, in ko gre za Elbrus, in tisti, ki niso dobili visoke, se premaknejo, ustrelijo. Hunter pride, skoraj rekel umetnik, lovec prihaja in poganja, in tisti, ki so preživeli, dobili pravico, da množijo. In zaradi tega je mogoče izbrati najbolj obetavna področja iskalnega prostora. In korak za korakom, streljanje več in višje kenguru, premaknete populacijo Kangaroo v globalni maksimum. Kangaroo bo proizvajal vse bolj uspešne potomce, lovci bodo ustrelili vse bolj vzpenjanja kenguruja, zato lahko preprosto vozite to populacijo.

In to je bistvo evolucijskih metod. Zaradi enostavnosti znižam tehnične podrobnosti, kot je bilo natančno izvedeno. In tukaj je še eno dvodimenzionalno izvajanje te metode, obstaja energijska površina, našli moramo zelo modro točko, naša izvirnica, naključne, strukture so te maščobne točke. Izračun takoj razume, katera od njih je slaba, tukaj v rdečih in rumenih območjih, katera od njih je najbolj obetavna: v modrih, zelenkastih poljih. In korak za korakom Gostota preskušanja najbolj obetavnih območij narašča, dokler ne najdemo najbolj prilagojene, najbolj stabilne strukture. Obstajajo različne metode za napovedovanje struktur - metode nenamernega iskanja, umetnega žarjenja, in tako naprej, vendar najmočnejša metoda je bila ta, evolucijski.

Najtežja stvar je, kako proizvajati potomci od staršev na računalniku. Kako vzeti dve matične konstrukcije in jih naredite otroka? Pravzaprav lahko otroke naredite ne samo od dveh staršev na računalniku, smo eksperimentirali, smo poskusili od treh in od štirih. Ampak, ko se izkaže, ne vodi do nič dobrega, tako kot v življenju. Otrok je boljši, če sta dva starša. Eden od staršev, tudi mimogrede, dela, dva starša sta optimalna, tri ali štiri pa ne delajo več. Evolucijska metoda ima več zanimivih funkcij, ki so po tem, da so glede na to z biološkim razvojem. Vidimo, kako iz neprimernih, naključnih struktur, iz katerih začnemo izračuna, zelo organizirane, zelo urejene rešitve se pojavljajo med izračunom. Vidimo, da so izračuni najučinkovitejši, ko je prebivalstvo struktur najbolj raznoliko. Najbolj stabilne in najbolj preživele populacije so populacija raznolikosti. Na primer, tisto, kar mi je všeč Rusija, je dejstvo, da je v Rusiji - 150 z več narodov. Obstajajo blondinka, da je temno las, obstajajo vse vrste kavkaških državljanstev obrazov, kot sem jaz, in vse to daje ruskemu prebivalstvu stabilnosti in prihodnosti. Monotone populacije prihodnosti nimajo. To je razvidno iz izračunov EPLOCIOL, izjemno jasen.

Ali lahko napovedujemo, da je stabilna oblika ogljika pri atmosferskih tlakih grafit? Da. Ta izračun je zelo hiter. Toda poleg grafita proizvajamo nekaj zanimivih nekoliko manj stabilnih rešitev v istem izračunu. Te odločitve so lahko zanimive. Če dvignemo pritisk - grafit je že nestabilen. In stabilen diamant, prav tako pa ga zelo enostavno najdemo. Oglejte si, kako iz neurejenih začetnih struktur izračun hitro proizvaja diamant. Toda pred odkritjem diamantov se proizvajajo številne zanimive strukture. Ta struktura je na primer. Medtem ko ima diamant šesterokotni obročki, so vidni 5 in 7 obročev premoga. Ta struktura je v stabilnosti diamanta le rahlo slabša, na začetku pa smo mislili, da je radoveden, potem pa se je izkazalo, da je to nova, resnična oblika ogljika, ki je bila pred kratkim nameščena pred kratkim. Ta izračun je bil narejen na milijon atmosferah. Če pritisnemo do 20 milijonov atmosfera, bo diamant prenehal biti stabilen. In namesto diamanta, bo zelo nenavadna struktura stabilna, o stabilnosti, ki je za ogljik pri takih pritiskov že ugibati več desetletij, in naš izračun to potrjuje.

Veliko tega, kar je bilo opravljeno tako, in naši sodelavci s to metodo, pred vami majhen izbor različnih odkritij. Naj mi povem samo o nekaterih od njih.

S to metodo lahko zamenjate laboratorijsko odpiranje materialov na računalniku. V laboratorijskem odprtju materialov je bil neprekosljiv prvak Edison, ki je dejal: "Nisem trpel 10 tisoč napak, sem našel samo 10 tisoč načinov, ki ne delajo." To vam pove o tem, koliko poskusov potrebujejo, neuspešni poskusi, da se zavežejo pred resničnim odkritjem s to metodo, in s pomočjo računalniškega oblikovanja lahko iščete uspeh v enem poskusu od 1, 100 od 100, 10 tisoč od 10% od 10 Tisoč, to je naš cilj je zamenjati metodo Edison na nekaj veliko bolj produktivnih.

Sedaj lahko optimiziramo ne le energijo, temveč tudi vse premoženje. Najpreprostejša lastnost je gostota, in najbolj gosto material iz znanega diamanta je še vedno. Alman na splošno snema imetnika na več načinov. Diamantni kubični centimeter vsebuje več atomov kot v kubičnem centimetru katere koli druge snovi. Almaz - Imetnik zapisa strojne opreme in to je tudi najmanj stisljiva snov od znanih. Ali je mogoče premagati te zapise? Zdaj lahko to vprašanje zastavimo v računalnik, računalnik pa bo odgovoril. Odgovor je, da lahko premagate nekaj teh zapisov. Izkazalo se je, da je na gostoto diamanta, da je precej enostavno premagala, obstajajo bolj goste oblike ogljika, ki so upravičeni do obstoja, vendar še niso sintetizirani. Te ogljikove oblike premagajo diamant ne le z gostoto, ampak tudi z optičnimi lastnostmi. Imeli bodo višje refraktivne indekse in razpršenost svetlobe - kaj to pomeni? Refrakcijski indeks diamanta zagotavlja diamant za neprekosljiv sijaj in notranji odsev svetlobe - in disperzija svetlobe pomeni, da se bela lučka razdeli na spekter od rdeče do violeta, še več kot diamant. Mimogrede, gradivo, ki pogosto nadomešča diamant v industriji nakita, je kubični cirkonij dioksid, zaročenec. Presega diamant na razpršenosti svetlobe, vendar je na žalost slabše od bleščičnega diamanta. In nove oblike ogljika bodo osvojile diamant na obeh kazalnikih. Kaj pa trdota? Do leta 2003 je bilo verjel, da je trdota nepremičnina, ki se ljudje nikoli ne bodo naučili napovedati in pričakovati, leta 2003 se je vse spremenilo z delom kitajskih znanstvenikov, in to poletje sem obiskal Yankanske univerze na Kitajskem, kjer sem prejela drugo stopnjo Častni profesor in tam sem obiskal ustanovitelja vse te teorije. Ta teorija smo uspeli razviti.

Tukaj je tabela, ki kaže, kako so ocenjene opredelitve trdote skladne s poskusom. Za večino normalnih snovi je soglasje odlično, za grafit pa je model napovedan, da bi moral biti super humus, ki je očitno napačen. To napako smo uspeli razumeti in odpraviti. In zdaj, s pomočjo tega modela, smo zanesljivo napovedali trdoto za vse snovi, in lahko nastavite naslednje vprašanje v računalnik: katera snov je najtežja? Ali je mogoče preseči diamant trdote? Ljudje so dejansko razmišljali o tem nekaj desetletij. Torej, kaj je trdna struktura ogljika? Odgovor je bil odvraten: diamant, in ne more biti nič trdnejšega v ogljiku. Lahko pa najdete ogljične strukture, ki bodo blizu diamantu. Ogljične strukture, ki so blizu trdote diamanta, imajo resnično pravico do obstoja. In eden izmed njih je tista, ki sem ti jo pokazala, s 5- in 7-členskimi kanali. Dubrovinsky V letu 2001 je bil predlagan v literaturi Ultracealna snov - titanov dioksid, verjamela je, da je dvomno slabše od diamanta, vendar so bili dvomi. Poskus je bil precej sporen. Skoraj vse eksperimentalne meritve od tega dela so bile prej ali slej zavrnila: Trdota, ki jo je treba vzeti, je bila zelo težka, zaradi majhnosti vzorcev. Toda izračun je pokazal, da je bila trdota prav tako napačno izmerjena v eksperimentu, in prava trdota titanovega dioksida je približno 3-krat manjša kot eksperimentatorji. S to vrsto izračunov lahko celo presodite, kateri eksperiment je zanesljiv, ki ni, zato so ti izračuni zdaj dosegli visoko natančnost.

Še ena zgodba, ki bi jo rad povedal, je povezana z ogljikom - v zadnjih 6 letih se še posebej hitro razteza. Ampak ona se je začela pred 50 leti, ko je tak eksperiment vodil ameriški raziskovalci: so se izognili grafit in ga stisnjen na tlak približno 150-200 tisoč atmosfera. Če je grafit stisnjen pri visokih temperaturah, mora iti v diamant, najbolj stabilna oblika ogljika pri visokih tlakih je natanko tako diamant in sintetizirati. Če to naredite ta poskus pri sobni temperaturi, se diamant ne more oblikovati. Zakaj? Ker je prestrukturiranje strukture, ki je potrebna za preoblikovanje grafita v diamantu, so trdne snovi velike, preveč v nasprotju s temi strukturami, energetska ovira pa je prevelika za premagovanje. In namesto na tvorbo diamanta, bomo opazili oblikovanje določene druge strukture, ne pa najbolj stabilen, ampak tisti, ki najmanj visoko pregrado izobraževanja. Ponudili smo takšno strukturo - in imenovano M-Carbon, to je najbolj struktura s 5- in 7-členskimi obroči; Moji armenski prijatelji ga šalijo "Mugleod-Schmugarod." Izkazalo se je, da ta struktura v celoti opisuje rezultate izkušenj pred 50 leti, izkušnje pa se je večkrat ponovilo. Izkušnje, mimogrede, je zelo lepa - stiskanje na sobni temperaturi Graphite (črna, mehka neprozorna polmera), pod pritiskom, raziskovalci so prejeli prozorno super visoko nekovinsko: popolnoma fantastično preobrazbo! Toda to ni diamant, njegove lastnosti niso skladne z diamantom, in naša hipotetična, potem pa je struktura v celoti opisana lastnosti te snovi. Bili smo strašno navdušeni, napisali članek in ga objavili v prestižnem listu fizičnih presojnih pisem, in v ladji je bilo gladko leto na lovoris. Leto kasneje so ameriški in japonski znanstveniki našli novo strukturo, popolnoma drugačno od nje, to, s 4- in 8-členskimi obroči. Ta struktura je popolnoma drugačna od našega, vendar skoraj opisuje eksperimentalne podatke. Težava je v tem, da so bili eksperimentalni podatki nizki dovoljenji, za njih pa so bile primerne številne druge strukture. Še šest mesecev je Kitajci povabljeni w-ogljik na ime in w-ogljik prav tako pojasnil eksperimentalne podatke. Kmalu je zgodba postala groteskna - nova kitajska skupina se je pridružila, in kitajska ljubezen proizvaja, in so našli približno 40 struktur, in vsi so primerni za eksperimentalne podatke: P-, Q-, R-, S-Carbon, Q -Barbon, X -, Y-, Z-Carbon, M10-ogljik je znan, X'-Carbon, in tako naprej - že abeceda ni dovolj. Torej, kdo je prav? Na splošno, govorjenje, pravice zahtevkov na pravico našega m-ogljika sprva je bilo popolnoma enako kot mnogi drugi.

Replika iz dvorane:V redu.

Artem Oganov:To se prav tako ne zgodi! Dejstvo je, da narava vedno izbere ekstremne rešitve. Ne samo ljudje skrajneži, ampak tudi narava je tudi ekstremistica. Pri visokih temperaturah, narava izbere najbolj stabilno stanje, saj pri visokih temperaturah lahko greste skozi katero koli energijsko pregrado, in pri nizkih temperaturah, narava izbere najmanjšo pregrado, in samo eden je lahko zmagovalec tukaj. Prvak je lahko samo eden - točno? Eksperiment visoke ločljivosti je mogoče izvesti, vendar so ljudje stara 50 let, nihče pa nihče ni, vsi rezultati so bili nizke kakovosti. Izračun lahko izvedete. In v izračunu bi bilo mogoče razmisliti o aktivacijskih ovirah pri oblikovanju vseh teh 40 struktur. Ampak, prvi, kitajski še vedno žigi nove in nove strukture, in ne glede na to, koliko ste poskusili, vse enake kateri koli kitajske, ki bodo rekli: in imam drugo strukturo, in jih boste vzeli do konca življenja. Aktivirane ovire dokler se ne pošljete na zaslužene počitnice. To je prva kompleksnost. Druga težava je razmisliti o aktivacijskih ovirah zelo in zelo trdo trdnih transformacij, to je naloga, ki je izjemno netrivialna, potrebujete posebne metode in zmogljive računalnike. Dejstvo je, da se te transformacije ne pojavijo v celotnem kristalu, temveč na začetku v majhnem fragmentu - zarodku, nato pa se širi na klica. In model tega klica je izredno težka naloga. Vendar smo našli to metodo, metodo, ki je bila razvita pred avstrijskimi in ameriškimi znanstveniki, in ga prilagodili naši nalogi. To metodo smo uspeli spremeniti, da bomo to nalogo lahko rešili enkrat in za vse. Nalogi smo postavili na naslednji način: Če začnete z grafitom, trdno določenim začetnim stanjem, končno stanje pa je določeno nejasno - katera koli tetraedrala, hibridirana ogljika SP3 hibridizirana (namreč pričakujemo pod pritiskom), potem pa bodo ovire minimalne ? Ta metoda ve, kako prešteti ovire in najde minimalno oviro, če pa določimo končno stanje kot ansambel različnih struktur - potem lahko problem rešimo v celoti. Začeli smo izračun preoblikovanja grafita - diamant kot "semen", vemo, da ta preobrazba ne opazimo v poskusu, vendar smo bili zainteresirani - kaj je izračun s to preobrazbo. Čakali smo malo (v resnici, ta izračun je trajal šest mesecev na superračunalniku) - in izračun namesto diamanta je izdal M-ogljik.

Na splošno moram reči, da imam izjemno srečo, imel sem priložnost, da zmagam 1/40, ker je bilo približno 40 struktur, ki je imela enake možnosti za zmago, toda spet loterijska vozovnica sem spet izvlekel. Naš M-Carbon Won, smo objavili naše rezultate v prestižni novi reviji znanstvena poročila - to je nova revija Group Group, in mesec po tem, ko smo objavili naše teoretične rezultate, rezultate eksperimenta visoke ločljivosti, prvič V 50 letih. Raziskovalci iz univerze Yale so naredili eksperiment visoke ločljivosti in preverili vse te strukture, in se je izkazalo, da samo M-Carbon izpolnjuje vse eksperimentalne podatke. In zdaj na seznamu ogljikovih oblik obstaja še ena eksperimentalno in teoretično nameščena ogljik altropy, m-ogljik.

Omenim še eno alkemično preobrazbo. Pod pritiskom se pričakuje, da se bodo vse snovi spremenile v kovino, prej ali slej se bo vsaka snov postala kovinska. In kaj se bo zgodilo s snovjo, ki je na začetku že kovina? Na primer, natrij. Natrij sploh ni samo kovina, ampak neverjetna kovina, ki opisuje model prostih elektronov, to je najdaljši primer dobre kovine. Kaj se bo zgodilo, če boste predal natrija? Izkazalo se je, da bo natrij prenehal biti dobra kovina - na začetku natrija se bo spremenila v enodimenzionalno kovino, to je, elektrika bo izvedena v samo eni smeri. Na višjemu pritisku smo napovedali, da bo natrij izgubil kovino na splošno in se spremenil v rdečkasto transparentno dielektriko in če je tlak še večji, bo postal brezbarven, kot jeza. Torej - vzamete srebrno kovino, ga stisnite - najprej se spremeni v slabo kovino, črno, kot premog, razumevanje več - se spremeni v rdečkasto transparentno kristalno, navzven, ki spominja na Ruby, nato pa postane bela, kot steklyushko. Predvidevali smo, in revijo Narava, kjer smo jo poslali, zavrnili, da ga objavimo. Urejevalnik je vrnil besedilo več dni in rekel: Ne verjamemo, preveč eksotičnih. Našli smo eksperimentator, Mikhail Eramtsz, ki je bil pripravljen preveriti to napoved - in to je rezultat. S pritiskom 110 gigapikala, je 1,1 milijona atmosfera, je še vedno srebrna kovina, na 1,5 milijona atmosfera - je črna kot premog slaba kovina. Z 2 milijona atmosfera - to je transparentno rdečkasto nemotalno. In že s tem eksperimentom, smo zelo enostavno objavili naše rezultate. To je po tem, da je precej eksotično stanje snovi, ker elektroni niso več razmaščeni v prostoru (v kovini) in niso lokalizirani na atomih ali na vezi (kot na ionskih in kovalentnih sredstvih) - Valence Electroni, ki natrij Navedena kovina, vpeta v prostore praznine, kjer ni atomov, in so zelo lokalizirani. Takšna snov se lahko imenuje električna naprava, t.j. Sol, kjer je vloga negativno nabitih ionov, anionov, ne izvajajo atomov (recimo, fluor, klor, kisik), in šopki elektronske gostote, in naša natrijeva oblika je najlažji in najbolj živahni primer električne energije iz dobro znanega .

Te vrste izračunov lahko uporabite in razumete snov zemeljske in planetarnega podtalja. Spoznali smo stanje zemeljskih podtogov, predvsem na posrednih podatkih, glede na seizmološke podatke. Vemo, da obstaja kovinska, večinoma sestavljena iz železa, jedra Zemlje, in nekovinske, sestavljene iz magnezijevih silikatov, lupine, imenovane plašč, na površini - tanko skorjo, na katero živimo, in kar vemo zelo zelo v redu. In notranjost zemlje nam je skoraj neznana. Neposredno testiranje Mi lahko samo raziskujejo večino površine Zemlje. SamI. globoko dobro - To je Kola Ultrawow, njegova globina je 12,3 kilometra, izvrtana v ZSSR, nihče ne bi mogel izboljšati. Američani so se skušali vzpenjati, se je prodrl na tem projektu in ga ustavil. V ZSSR so bile velike količine, Dober do 12 kilometrov, nato pa se je prestrukturiranje zgodilo, projekt pa je bil zamrznjen. Toda polmer zemlje je 500-krat več, in celo kola ultra-globoko dobro izvrtana le površino planeta. Toda snov globin Zemlje opredeljuje lac Zemlje: potres, vulkanizem, premik celine. Magnetno polje je oblikovano v zemeljskem jedru, ki nam nikoli ne pridemo do nas. Konvekcija staljenega zunanjega jedra Zemlje in je odgovorna za izobraževanje magnetno polje Zemlja. Mimogrede, notranje jedro Zemlje je trdno, zunanja - stopi, je kot čokoladno sladkarije s staljeno čokolado, in znotraj matic - tako si lahko predstavljate jedro Zemlje. Konvekcija trdnega plašča Zemlje - zelo počasna, njena hitrost je približno 1 centimeter na leto; Več vročih tokov pojdite, kul - navzdol, in to je konvektivno gibanje zemeljskega plašča in odgovorno za premik celin, vulkanizem, potres.

Pomembno vprašanje - Kakšna je temperatura v središču Zemlje? Poznamo pritisk iz Seizmoloških modelov, temperatura pa ne daje teh modelov. Temperatura se določi na naslednji način: vemo, da je notranje jedro trdno, zunanje jedro je tekočina, in da jedro je sestavljeno iz železa. Torej, če poznate tališče železa na tej globini, potem poznate temperaturo jedra na tej globini. Eksperimenti so bili izvedeni, vendar so dali negotovost v višini 2 tisoč stopinj, in izračuni so bili narejeni, in izračuni so postavil točko na to vprašanje. Tališče železa na meji notranjega in zunanjega jedra je bilo približno 6,4 tisoč stopinj kelvina. Toda ko se je geofizika prišla na ta rezultat, se je izkazalo, da je ta temperatura prevelika, da bi pravilno reproducirala značilnosti magnetnega polja zemlje - ta temperatura je previsoka. In tukaj se je fiziki spomnil, da je jedro ne čistega železa, vendar vsebuje različne nečistoče. Kaj, še vedno ne vemo natančno, ampak med kandidati - kisik, silicije, žvepla, ogljika, vodik. Spreminjanje različnih nečistoč, ki primerjajo njihove učinke, je bilo mogoče razumeti, da je treba tališče zmanjšati za približno 800 stopinj. 5600 stopinj Kelvin - takšna temperatura na meji notranjih in zunanjih jeder zemlje, in to oceno je trenutno splošno sprejeta. Ta učinek znižanja temperature nečistoč, evtektičnega zmanjšanja tališča, dobro znano, zahvaljujoč temu učinku, naši čevlji trpijo pozimi - cesta padla, da bi znižala tališče snega, in hvala za to, težko Sneg se giblje v tekoče stanje, naši čevlji pa trpijo zaradi te slane vode.

Vendar je morda najmočnejši primer istega pojava zlitina lesa - zlitina, ki je sestavljena iz štirih kovin, obstajajo bizmut, svinec, kositer in kadmija, vsaka od teh kovin ima relativno visoka temperatura Taljenje, vendar učinek vzajemnega zmanjšanja tališča deluje toliko, da se zlitina lesa topi v vreli vodi. Kdo želi narediti to izkušnjo? Mimogrede, ta vzorec zlitine lesa sem kupil v Yerevan na črnem trgu, ki bo verjetno dal to izkušnjo dodaten okus.

Leitno vrelo vodo, in bom ohranil zlitino lesa, in videli boste, kako bodo kapljice lesene zlitine padle v steklo.

Kapljice pade - vse je dovolj. To se topi pri temperaturah tople vode.

In ta učinek se pojavi v zemeljskem jedru, zaradi tega, se tališče iz železne zlitine zmanjšuje. Toda zdaj je naslednje vprašanje: vendar je še vedno jedro? Vemo, da je veliko železa in obstaja nekaj lahkih elementov nečistoč, imamo 5 kandidatov. Začeli smo z najmanj verjetnimi kandidati - ogljik in vodik so bili upoštevani kot sledili. Moram reči, da je do nedavnega le malo ljudi pozornosti na te kandidate, oba sta bila obravnavana verjetna. Odločili smo se, da ga preverimo. Z zaposlenim v Moskvi State University, Zulfia Bazhanova, smo se odločili, da zavzemamo ta primer, napovedujejo stabilne strukture in stabilne karbide in železne hidride v pogojih kopenskega jedra. To smo storili tudi za silicija, kjer ni bilo ugotovljenih posebnih presenečenj - in za ogljik se je izkazalo, da so tiste spojine, ki so bile obravnavane odporne že več desetletij, dejansko, ob pritisku jedra, se zemljišče izkaže, da je nestabilen. Izkazalo se je, da je ogljik zelo dober kandidat, pravzaprav pa samo ogljik lahko razloži veliko lastnosti notranjega jedra Zemlje popolnega, v nasprotju s prejšnjimi deli. Vodik se je izkazal, da je precej slab kandidat, sam z vodikom ni mogoče razložiti s katero koli lastnost kopenega jedra. Vodik je lahko prisoten v majhnih količinah, vendar ne more biti glavna nečistoča elementa v zemeljskem jedru. Za hidridne hidrode pod pritiskom smo našli tudi presenečenje - izkazalo se je, da obstaja trajnostna povezava s formulo, ki je v nasprotju s šolsko kemijo. Običajen kemik hidridnih hidridnih formul bo pisal kot Feh 2 in Feh 3, na splošno, je še vedno Feh pod pritiskom, in so prišli s tem - toda dejstvo, da Feh 4 se lahko pojavi pod pritiskom, je postalo resnično presenečenje . Če bodo naši otroci v šoli napisali Formula Feh 4, jamčim, da bodo dobili dvakrat v kemiji, najverjetneje, celo četrtino. Vendar se izkaže, da so pod pritiskom kršena pravila kemije - in takšne eksotične spojine se pojavijo. Ampak, kot sem rekel, je, da gladki hidridi verjetno ne bodo pomembni za v zaprtih prostorih zemlje, ni malo verjetno, da je vodik prisoten v velikih količinah, vendar je ogljik najverjetneje prisoten.

In končno, zadnja ilustracija, o plašče zemlje, oziroma okoli meje jedra in plašča, tako imenovanega sloja D ", ki ima zelo nenavadne lastnosti. Ena od lastnosti je bila anizotropija širjenja seizmičnih valov, zvočnih valov: v navpični smeri in v vodoravni smeri hitrosti se bistveno razlikujejo. Zakaj je tako? Že dolgo nisem mogel razumeti. Izkazalo se je, da je nova struktura magnezijevega silikata tvorjena v sloju na meji jedra in plašča zemlje. To smo uspeli razumeti pred 8 leti. Hkrati smo in naši japonski kolegi objavili 2 dela v znanosti in naravi, ki se je izkazala za obstoj tega nova struktura.. To je mogoče videti takoj, da se ta struktura izgleda popolnoma drugače v različnih smereh, in njegove lastnosti se morajo razlikovati v različnih smereh - vključno z elastičnimi lastnostmi, ki so odgovorni za distribucijo zvočnih valov. S pomočjo te strukture so vse te fizične anomalije uspele pojasniti in dostavljati težave že vrsto let. Možno je bilo celo več napovedi.

Zlasti na manjših planetih, kot so živo srebro in Mars, ne bo plast kot plast D ". Ni dovolj pritiska za stabilizacijo te strukture. Prav tako je bilo mogoče napovedati, da bi morala ta plast raste, ker bi morala stabilnost Post-Perovskite raste z zmanjšanjem temperature. Možno je, da ko je bila zemlja oblikovana, ta plast sploh ni bila, in se je rodil v zgodnji fazi razvoja našega planeta. In vse to lahko razumemo zaradi napovedi novih struktur kristalnih snovi.

Replika iz dvorane:Zahvaljujoč genetskemu algoritmu.

Artem Oganov:Da, čeprav je to to zadnja zgodba Post-Perovskit je bil pred izumom te evolucijske metode. Mimogrede, prihajala je na mene za izum te metode.

Replika iz dvorane:Torej 100 let tega genetskega algoritma, še niso storili.

Artem Oganov:Ta algoritem je ustvaril mene in moj diplomant v letu 2006. Mimogrede, da ga pokličete »genetski« nepravilno, je bolj pravilno ime "eVlivacijsko". Evolucijski algoritmi so se pojavili v 70-ih, in našli so uporabo na zelo številnih področjih tehnologije in znanosti. Na primer, avtomobili, ladje in letala se optimizirajo s pomočjo evolucijskih algoritmov. Toda za vsako novo nalogo je evolucijski algoritem popolnoma drugačen. Evolucijski algoritmi niso ena metoda, ampak velika skupina metod, veliko ogromno področje uporabne matematike, in za vsako novo vrsto nalog, ki jih morate izumiti nov pristop.

Replika iz dvorane:Kakšna matematika? Genetika je.

Artem Oganov:To ni genetika - to je matematika. In za vsako novo nalogo morate izumiti svoj novi algoritem od nič. In ljudje so dejansko poskušali izumiti evolucijske algoritme in jih prilagoditi, da napovedujejo kristalne strukture. Vendar so vzeli preveč dobesedno algoritme iz drugih območij - in ni delovalo, zato smo morali ustvariti novo metodo iz nič, in se je izkazalo, da je zelo močna. Čeprav obstaja regija evolucijskih algoritmov, obstaja približno toliko, kot sem vsaj od leta 1975, za napoved kristalnih struktur, je bilo potrebnih precej velikih prizadevanj za ustvarjanje delovne metode.

Vsi ti primeri, ki ste jih prinesli, kažejo, kot razumevanje strukture snovi in \u200b\u200bsposobnost napovedovanja strukture snovi pripelje do oblikovanja novih materialov, ki imajo zanimive optične lastnosti, mehanske lastnosti, elektronske lastnosti. Materiali, ki sestavljajo deželo zemlje in drugih planetov. V tem primeru lahko na računalniku rešite celo vrsto zanimivih nalog na računalniku. Ogromnega prispevka k razvoju te metode in njegove vloge so moji zaposleni in več kot 1.000 uporabnikov naše metode v različnih delih sveta. Vsi ti ljudje in organizatorji tega predavanja, in ti - za vašo pozornost - naj se toplo zahvaljujem.

Razprava predavanja

Boris Dolgin: Najlepša hvala! Najlepša hvala, Artyom, hvala našim organizatorjem, ki so nam dali platformo za to različico javnih predavanj, hvala, kar sem nas podpirala v tej pobudi, sem prepričan, da se bo Artemova raziskava nadaljevala, to pomeni Za svoje predavanje bo nov material. Ker moram reči nekaj od tega, kar je danes zvenelo, v tem času, v času prejšnjih predavanj, dejansko ni obstajalo, zato je smiselno.

Vprašanje iz dvorane:Povejte mi, prosim, kako zagotoviti sobno temperaturo pri visokem tlaku? Vsak sistem plastične deformacije spremlja generacija toplote. Na žalost niste rekli o tem.

Artem Oganov:Dejstvo je, da je vse odvisno od tega, kako hitro stiskate. Če se stiskanje izvede zelo hitro, na primer v udarnih valovih, je nujno skupaj s segrevanjem, ostra stiskanje vodi do rasti temperatur. Če ste počasen stiskanje, je vzorec dovolj dovolj za izmenjavo toplote s svojim okoljem in prišel do toplotnega ravnovesja s svojim medijem.

Vprašanje iz dvorane:In vaša namestitev je bila omogočena?

Artem Oganov:Poskus ni bil porabljen, jaz sem naredil samo izračune in teorijo. Ne pustim se za poskus na notranji cenzuri. Izkušnje so bile izvedene v senatih z diamantnimi anvils, kjer je vzorec stisnjen med dvema majhnima diamanti. V takih poskusih ima vzorec toliko časa, da pridejo do toplotnega ravnovesja, da se tukaj ne pojavi vprašanje.

Bistvo iskanja najbolj stabilne strukture se zmanjša na izračun takšnega stanja snovi, ki ima najnižjo energijo. Energija v tem primeru je odvisna od elektromagnetnega interakcije jeder in elektronov atomov, od katerih je kristal preučevan. Ocenjuje se lahko s pomočjo kvantnih mehanskih izračunov na podlagi poenostavljenega Schrödingerja enačbe. Torej v uporabi algoritma USPEX teorija funkcionalne gostoteki je bil razvit v drugi polovici prejšnjega stoletja. Njen glavni cilj je poenostaviti izračune elektronske strukture molekul in kristalov. Teorija vam omogoča, da zamenjate funkcijo Multielectronic Wave gostote, obenem pa ostaja formalno natančna (vendar se približevanje izkaže za neizogibno). V praksi to vodi do zmanjšanja kompleksnosti izračunov in, kot rezultat, čas, ki ga bo porabljen za njih. Tako se kvantni mehanski izračuni združijo z evolucijskim algoritmom v USPEX (Sl. 2). Kako deluje evolucijski algoritem?

Možno je poiskati strukture z najnižjo energijo: po nesreči postavite atome glede na drug drugega in analizirati vsako takšno stanje. Ampak, ker je število možnosti ogromno (tudi če so atomi le 10, potem bodo možnosti njihove lokacije glede na drug drugega približno 100 milijard), potem bi izračun vzel tudi velik čas. Zato je uspeh znanstvenikov uspel doseči šele po razvoju bolj zmeljevanja metode. Algoritem USPEX temelji na evolucijskem pristopu (slika 2). Prvič, majhno število struktur je naključno ustvarjeno, njihova energija pa se izračuna. Možnosti z najvišjo energijo, ki je, je najmanj stabilen, sistem odstrani in iz najbolj stabilnih generira podobno in jih izračuna. Hkrati naključno računalnik še naprej ustvarja nove strukture, da se ohrani raznolikost prebivalstva, ki je sestavni pogoj za uspešno evolucijo.

Tako je problem napovedovanja kristalnih struktur pomagal logiki, vzeti iz biologije. Težko je reči, da obstaja gen v tem sistemu, saj se nove strukture lahko razlikujejo od svojih predhodnikov z zelo različnimi parametri. Najbolj prilagojeni pogoji izbire "Posamezniki" pustijo potomce, to je algoritem, učenje svojih napak, maksimira možnosti za uspeh v naslednjem poskusu. Sistem zelo hitro najde varianto z najnižjo energijo in učinkovito izračuna razmere, ko strukturna enota (celica) vsebuje ducate in celo prvih sto atomov, prejšnji algoritmi pa se ne morejo spopasti z desetimi.

Ena od novih nalog, ki se postavijo pred USPEX v MIRT, je napoved terciarne strukture beljakovin po aminokislinskem zaporedju. Ta problem moderne molekularne biologije je med ključem. Na splošno, pred znanstveniki, je naloga zelo težko tudi zato, ker je težko izračunati energijo za tako zapleteno molekulo kot beljakovin, težko. Po Artem Oganovi, njegov algoritem je že sposoben napovedati strukturo peptidov približno 40 aminokislin.

Video 2. Polimeri in biopolimeri. Katere snovi se nanašajo na polimere? Kakšna je struktura polimera? Kako pogosta je uporaba polimernih materialov? O tem pravi profesor, doktorjev v Kristalografiji Artem Oganan.

Pojasnilo USPEXA.

V enem od svojih znanstvenih in priljubljenih Artem Oganov (slika 3) opisuje USPEX na naslednji način:

»Tukaj je figurativni primer za dokazovanje skupne ideje. Predstavljajte si, da morate najti najvišjo goro na površini neznanega planeta, na katerem se kraljuje popolna tema. Da bi prihranili vire, je pomembno razumeti, da ne potrebujemo popolnega reliefnega zemljevida, ampak le njegova najvišja točka.

Slika 3. Artem Romaevich Yoganov

Pristanete na planetu majhno pristanek Biorobota, ki jih pošiljate enega za drugim na samovoljnih mestih. Navodilo, ki ga mora vsak robot izvesti, je, da gremo čez površino pred sila gravitacijske privlačnosti in kot posledica doseganja vrhov najbližjega hriba, katerih koordinate mora obvestiti orbitalno bazo. Nimamo sredstev za velike raziskave kontingent, in verjetnost, da bo eden od robotov takoj vzel najvišjo goro, izjemno majhen. Zato je treba uporabiti dobro znano načelo ruske vojaške znanosti: "boljše ne s številom, in sposobnost", ki se tukaj izvajajo v obliki evolucijskega pristopa. Dušenje najbližjega soseda, roboti se srečajo in se razmnožujejo kot to, ki jih urejajo vzdolž črte med "njihovimi" tocki. Potiskan Bioreebots nadaljuje z istimi navodili: premikajo se proti višini pomoči, ki raziskujejo regijo med dvema tockoma njihovih "staršev". Ti "posamezniki", ki so prišli na tocke pod povprečno raven, se je odzvalo (to je izbrano) in iztovarjanje na novo (to je simulirano vzdrževanje "genetske raznolikosti" prebivalstva) ".

Kako oceniti napako, s katero deluje USPEX? Naloga lahko opravite z vnaprej znanega pravilnega odgovora in jo 100-krat s 100-krat s pomočjo algoritma. Če je pravilen odgovor pridobljen v 99 primerih, bo verjetnost napake pri izračunu 1%. Značilno je, da so pravilne napovedi dobljene z verjetnostjo 98-99%, ko je število atomov v osnovni celici 40 kosov.

Uspex evolucijski algoritem je pripeljal do številnih zanimivih odkritij in celo k razvoju nove medicinske oblike zdravljenja, ki bo obravnavana spodaj. Zanima me, kaj bo, ko se pojavijo nove generacije superračunalnikov? Ali se bo algoritem kristalno strukturne napovedi? Nekateri znanstveniki se na primer ukvarjajo z razvojem kvantnih računalnikov. V prihodnosti bodo veliko bolj učinkoviti od najnaprednejših modernih. Po Artem Oganovi bodo evolucijski algoritmi pustili vodilni položaj, vendar bodo začeli delati hitreje.

Navodila za laboratorij: od termoelektričnih zdravil na droge

Uspex se je izkazalo, da je algoritem ne samo učinkovit, ampak tudi večnamenski. Trenutno se pod vodstvom Artem Oganove, se izvede veliko znanstvenih člankov v različnih smereh. Nekateri najnovejši projekti so poskušali simulacijo novih termoelektričnih materialov in napovedi strukture beljakovin.

"Imamo več projektov, eden od njih je študija nizkodimenzionalnih materialov, kot so nanodelci, materialne površine, Druga je študija kemikalij pod visokim pritiskom. Obstaja še en zanimiv projekt, povezan z napoved novih termoelektričnih materialov. Zdaj že vemo, da je prilagoditev metode za napoved kristalnih struktur, ki smo jih izumili, termoelektrične naloge delujejo učinkovito. Trenutno smo pripravljeni na velik kreten, rezultat, ki ga je treba odkritje novih termoelektričnih materialov. To je že jasno, da je metoda, ki smo jo ustvarila za termoelektričice zelo močna, so preskusi porabljeni uspešni. In v celoti smo pripravljeni iskati nove materiale. Prav tako se ukvarjamo z napovedjo in študijem novih visokotemperaturnih superprevodnikov. Postavljamo vprašanje napovedovanja strukture beljakovin. To je nova naloga za nas in zelo radovedna. "

Zanimivo je, da je USPEX že koristil celo medicino: »Poleg tega razvijamo nova zdravila. Zlasti smo napovedali, da smo dobili novo zdravilo in patentirano, - pove a.r. Jogan. - To je hidrat 4-aminopiridin, zdravilo iz multiple skleroze ".

Govorimo o nedavno patentiranem laboratoriju za računalniško oblikovanje materialov po Valery Rosizen (Sl. 4), Anastasia Naumova in Artem Ogana, ki omogoča simptomatsko zdravljenje z več sklerozo. Patent na prostem, ki bo pomagal zmanjšati ceno zdravila. Scarm skleroza je kronična avtoimunska bolezen, ki je ena od teh patologij, ko je lastna imunski sistem Lastnika. Hkrati je poškodovan mielinski plašč živčnih vlaken, ki običajno opravlja električno izolacijsko funkcijo. Zelo pomembno je, da normalno delovanje nevronov: sedanji na rasti živčnih celic, prekrit z mielinom, izvede 5-10-krat hitreje kot na odkrit. Zato multipla skleroza povzroča kršitve pri delu živčnega sistema.

Vzroki za nastanek multiple skleroze ostanejo popolnoma nespametni. Poskušajo jih razumeti v mnogih laboratorijih na svetu. V Rusiji se to ukvarja z laboratorijem za biokatalizo na Inštitutu za bioregansko kemijo.

Slika 4. Valery Roizen - eden od avtorjev patenta za zdravilo iz skleroze, Zaposleni v laboratoriju računalniških oblikovalskih materialov študira nove oblike drog medicinski pripravki in aktivno se ukvarjajo s popularizacijo znanosti.

Video 3. Znanstveno in priljubljeno predavanje Valery Rosizen "Delicious kristali". Spoznali boste načela dela drog, o pomenu oblike dostave zdravila v človeško telo in o zlobnem dvojnem bratu Aspirin.

Prej, 4-aminopiridin v kliniki je že bil uporabljen, vendar so znanstveniki uspeli spremeniti kemijsko sestavo, izboljšati absorpcijo tega zdravila v krvi. Dobili so 4-aminopiridinski kristalni hidrat (sl. 5) s stehiometrijo 1: 5. V tem obrazcu je bila sama zdravilo patentiran in metoda pridobitve. Snov izboljšuje emisije nevrotransmiterjev v nevromuskularne sinapsu, ki omogoča dobro počutje bolnikov z multiplo sklerozo. Treba je omeniti, da takšen mehanizem pomeni zdravljenje simptomov, ne pa tudi same bolezni. Poleg biološke uporabnosti je glavni trenutek v novem razvoju naslednje: Ker je bilo mogoče "zaključiti" 4-aminopiridin v kristalu, je postalo bolj primerno za uporabo v medicini. Kristalne snovi so relativno enostavne za pridobitev očiščene in homogene oblike, svoboda droga pa potencialno škodljivih nečistoč je eno od ključnih meril za dobro zdravilo.

Otvoritev novih kemičnih struktur

Kot je navedeno zgoraj, vam USPEX omogoča iskanje novih kemijskih struktur. Izkazalo se je, da ima celo "običajen" ogljik lastne uganke. Ogljik je zelo zanimiv kemični element, saj tvori obsežen sklop struktur, od super dielektrik, ki se konča z mehkimi polprevodniki in celo superprevodniki. Prvi lahko vključuje diamant in Lansdalet, na drugega grafita, na tretjem - nekaj polnitev pri nizkih temperaturah. Kljub široki paleti znanih oblik ogljika so znanstveniki pod vodstvom Artem Oganov uspeli odpreti bistveno novo strukturo: ni bilo znano, da lahko ogljik oblikuje komplekse v tipu "lastnika gosta" (sl. 6). Delo je sodelovalo pri delu laboratorija računalniškega oblikovanja materialov (sl. 7).

Slika 7. Oleg pravljica, podiplomski študent MFFI, zaposlenega v laboratoriju računalniških oblikovalskih materialov in enega od avtorjev odprte ogljikove strukture. V prosti čas Oleg se ukvarja s popularizacijo znanosti: njegovi članki so na voljo v publikacijah "Cat Schrödinger", "Za znanost", strf.ru, "Rosatom". Poleg tega OLEG - zmagovalec Moskve Znanost slam. In udeleženec televizijske oddaje "Smart".

Medsebojno delovanje "lastnika gosta" se na primer v kompleksih, ki sestojijo iz molekul, ki so povezani z nevirulentnimi priključki. To pomeni, da določen atom / molekula zavzema določeno mesto v kristalni mreži, vendar ne tvori kovalentne povezave z okoliškimi spojinami. Takšno vedenje je zelo razširjeno med biološkimi molekulami, ki se vežejo drug na drugega, ki tvorijo trpežne in velike komplekse, ki opravljajo različne funkcije v našem organizmu. Na splošno, zaradi spojine, sestavljene iz dveh vrst strukturnih elementov. Za snovi, ki jih tvorijo le ogljik, takšni obrazci niso bili znani. Znanstveniki so objavili svoje odkritje v letu 2014, širijo naše znanje o lastnostih in obnašanju 14. skupine kemičnih elementov na splošno (sl. 8). Opozoriti je treba, da se v obliki odprte ogljika nastane kovalentne vezi med atomi. Govorimo o vrsti lastnika gostitelja, ki prihaja zaradi prisotnosti dobro izrecne dve vrsti ogljikovih atomov, ki imajo popolnoma drugačno strukturno okolje.

Nova visokotlačna kemija

V laboratoriju računalniških oblikovalskih materialov se preučuje, katere snovi bodo stabilne pri visokih tlakih. To je, kako vodja laboratorija trdi zanimanje za takšne raziskave: "Študiramo gradiva pod visokim pritiskom, zlasti novo kemijo, ki se pojavi pod takimi pogoji. To je zelo nenavadna kemija, ki se ne ujema s pravili tradicionalnega. Znanje, pridobljeno na novih povezavah, bo privedlo do razumevanja, kaj se dogaja znotraj planetov. Ker se te nenavadne kemikalije lahko pokažejo kot zelo pomembne materiale planetarnega podtalja. " Težko je predvideti, kako visokotlačne snovi se obnašajo: večina kemijskih pravil preneha delovati, ker so ti pogoji zelo različni od običajnega. Kljub temu je to potrebno razumeti, če želimo vedeti, kako je uredilo vesolje. Levji delež Baryon Snov vesolja je natančno pritisk v planetih, zvezdah, satelitih. Presenetljivo je, da je še vedno zelo malo o njegovi kemiji.

Nova kemija, ki se izvaja pri visokem tlaku v laboratoriju računalniških design materialov MFI Študij PhD (stopnja, podobna kandidatu znanosti) Gabriele Saleh (Gabriele Saleh):

»Jaz sem kemik, in me zanima kemijo pri visokih pritiskov. Zakaj? Ker imamo pravila kemije, ki so bila oblikovana pred 100 leti, vendar se je nedavno izkazala, da prenehajo delati pri visokih pritiskih. In to je zelo zanimivo! Izgleda kot Moon Park: Obstaja pojav, ki ga nihče ne more pojasniti; Raziščite nov pojav in poskusite razumeti, zakaj se dogaja - zelo je zanimivo. Začeli smo pogovor s temeljnimi stvarmi. Toda visok pritisk obstaja v resničnem svetu. Seveda, ne v tej sobi, ampak znotraj zemlje in na drugih planetih " .

Ker sem kemik, me zanima visokotlačna kemija. Zakaj? Ker so bila kemijska pravila pred sto leti vzpostavljena sto leti, vendar je bila pred kratkim ugotovljena, da se ta pravila razbijejo pri visokem pritisku. In to je zelo zanimivo! To je kot loonapark, ker imate pojav, ki ga nihče ne more racionalizirati. Zanimivo je preučiti nov pojav in poskusiti razumeti, zakaj se to zgodi. Začeli smo s temeljnega vidika. Toda te visoke pritiske obstajajo. Ne v tej sobi seveda, ampak v notranjosti ušesa in na drugih planetih.

Slika 9. Koalična kislina (H 2 CO 3) je stabilna struktura pod tlakom. V VSEU od zgoraj To je prikazano skupaj osi C. Oblikovane so polimerne strukture. Študija sistema ogljikovega kisikovega vodika pod visokimi tlaki je zelo pomembna za razumevanje, kako so planeti urejeni. H 2 O (voda) in CH4 (metan) sta glavna sestavina nekaterih ogromnih planetov - na primer Neptun in Uran, kjer lahko pritisk doseže na stotine GPA. Velike ledene satelite (Gamrnad, Callisto, TITAN) in kometi vsebujejo tudi vodo, metan in ogljikov dioksid, ki se uporablja za več GPA.

Gabriele nam je povedal o njeni novi službi, ki je bila pred kratkim sprejeta za objavo:

"Včasih se ukvarjate s temeljnimi znanostmi, potem pa odkrijte neposredno uporabo pridobljenega znanja. Na primer, pred kratkim smo poslali članek za objavo, v katerem opisujemo rezultate iskanja za vse stabilne spojine, pridobljene iz ogljika, vodika in kisika pri visokem tlaku. Našli smo eno, stabilno pri zelo nizkih tlakih, kot je 1 GPA In so bile koalične kisline H 2 CO 3 (Sl. 9). Študiral sem astrofiziko literaturo in ugotovil, da sateliti Ganymed in Callisto [Sateliti Jupiter] sestavljajo voda in ogljikov dioksid: od molekul, ki tvorijo koalično kislino. Zato smo spoznali, da naše odkritje tam predlaga izobraževanje. koalična kislina. To je tisto, kar sem rekel: vse se je začelo s temeljno znanostjo in se je končalo z nekaj pomembnega za študij satelitov in planetov " .

Upoštevajte, da se tak pritisk izkaže za nizko tistim, ki jih načeloma lahko najdemo v vesolju, vendar visoko v primerjavi s tistimi, ki delujejo na površini zemlje.

Torej včasih študirate nekaj za temeljno znanost, potem pa odkrijete, da ima pravo uporabo. Na primer smo pravkar predložili papir, v katerem smo vzeli ogljik, vodik, kisik pri visokem tlaku in poskušali smo iskati vse stabilne spojine. Našli smo eno, ki je bila karbonska kislina in je bila stabilna na zelo nizkem tlaku, kot je en gigapascal. Raziskala sem literaturo astrofizike in odkrila: Obstajajo sateliti, kot je Ganymede ali Calisto. Na tam je ogljikov diixide in voda. Molekule, ki tvorijo to karbonsko kislino. Zato smo spoznali, da to odkritje pomeni, da bi verjetno obstajala karbonska kislina. To mislim, da sem začel za temeljne in odkrivanje nekaj, kar se uporablja za planetarno znanost.

Še en primer nenavadne kemije, ki ga je mogoče pripeljati na dobro znano kuharsko sol, NACL. Izkazalo se je, da če lahko ustvarite 350 GPA pritisk v soli, potem boste dobili nove povezave. V letu 2013, pod vodstvom A.R. Oganova je bila dokazana, da če je bil visok pritisk na NaCl, bodo nenavadne spojine postale stabilne - na primer NaCL 7 (Sl. 10) in na 3 Cl. Zanimivo je, da so številne odprte snovi kovine. Gabriele Saleh in Artem Oganov sta nadaljevala s pionirskim delom, ki je pokazala eksotično vedenje natrijevega klorida pod visokim tlakom in razvili teoretični model, ki se lahko uporablja za napovedovanje lastnosti spojin alkalijske kovine S halogeni.

Opisali so pravila, da so te snovi predmet takšnih nenavadnih pogojev. Uporaba algoritma USPEX, več spojin s formulo A 3 Y (A \u003d LI, NA, K; Y \u003d F, CL, BR) so teoretično pod tlakom na 350 GPA. To je privedlo do odkritja kloridnih ionov v oksidiranem stanju -2. "Standardna" kemija prepoveduje to. V takih pogojih se lahko oblikujejo nove snovi, na primer s kemijsko formulo na 4 Cl3.

Slika 10. Kristalna struktura NaCl konvencionalne soli ( levo) in nenavadno spojino NACL 7 ( desno), stabilen pod pritiskom.

Kemija potrebujejo nova pravila

Gabriele Saleh (Sl. 11) je govoril o svoji študiji, ki je namenjen opisu novih pravil kemije, ki bi imela napovedno silo ne le pod standardnimi pogoji, temveč bi opisal vedenje in lastnosti snovi pod visokim tlakom (slika 12 12 ).

Slika 11. Gabriel Saleh (Gabriele Saleh) \\ t

"Pred dvema ali tremi leti je profesor Yoganov odkril, da je tako preprosta sol, kot NaCl, ni tako preprosta: natrij in klor lahko tvorita tudi druge povezave. Ampak nihče ni vedel, zakaj. Znanstveniki so izpolnili izračune, prejete rezultate, vendar je ostalo neznano, zakaj se vse dogaja, in ne drugače. Od podiplomske šole preučujem kemično povezavo, med študijo pa sem uspel oblikovati nekatera pravila, logično pojasnjuje, kaj se dogaja. Študiral sem, kako se elektroni obnašajo v takšnih spojinah in so prišli do splošnih zakonov, značilnih za njih pod visokim pritiskom. Da bi preverili, ali so ta pravila plod moje domišljije ali še vedno objektivno pravilno, sem napovedal strukturo podobnih povezav - lib ali NABR in bolj podobno. In namreč - upoštevajo splošna pravila. Če sem na kratko, sem videl, da obstaja naslednji trend: Ko nanesite pritisk na takšne spojine, nato pa tvorijo strukturo dvodimenzionalnih kovin, nato pa - enodimenzionalno. Potem, pod zelo visokim pritiskom se začne več divje stvari, ker bo klor v tem primeru stopnja oksidacije -2. Vsi kemiki vedo, da ima klor stopnja oksidacije -1, to je tipičen primer iz učbenika: natrij izgubi elektron in ga klora vzame. Zato se oksidativne številke dobijo +1 in -1, oziroma. Toda pod visokim pritiskom, vse deluje narobe. Pokazali smo, da s pomočjo nekaterih pristopov za analizo kemijskih vezi. Tudi med delom sem iskal posebno literaturo, da bi razumel, ali je kdo že opazil take pravilnosti. In se je izkazalo, da je, gledal. Če se ne motim, natrijev bispuntat in nekatere druge povezave veljajo predpisana pravila. Seveda, to je samo začetek. Ko na temo objavite naslednja dela, se naučimo, ali ima naš model prava napovedna sila. Ker je točno to, kar iščemo. Želimo opisati kemijske zakone, ki bi jih spoštovali pri visokih pritiskih " .

Pred dvema ali tremi leti je profesor Oganov odkril, da je preprosta solina nacl pri visokem tlaku ni zelo preprosta in druge spojine se oblikujejo. Toda nihče ne ve, zakaj. Izračunali so rezultate, vendar ne morete reči, kdo se to dogaja. Torej, ker je v mojem doktorju I, specializirano za študij kemičnega vezava, sem raziskal te spojine in našel nekaj rle, da racionalizirajo, kaj se dogaja. Raziskava sem, kako se elektroni obnašajo v te spojine in so prišli do nekaterih pravil, ki jih bodo ta vrsta spojin sledila pri visokem tlaku. Preveriti, ali so bila moja pravila samo moja domišljija ali pa so bile resnične, sem napovedal nove strukture podobnih spojin. Na primer lib ali nabe in nekatere kombinacije, kot je ta. In da, ta pravila se izkažejo za sledenje. Skratka, ne da bi bilo zelo specialistično, sem videl, da obstaja težnja: ko jih stisnete, bi tvorili dvodimenzionalne kovine, nato enodimenzionalna struktura kovine. In potem bi se pri zelo visokem tlaku še bolj divje zgodilo, ker bo CL v tem primeru imela oksidacijsko številko -2. Vsa najnižja oksidacijska številka CL je -1, ki je tipičen učbenik primer: natrij ga izgubi. Torej imamo +1 in -1 oksidacijske številke. Toda na zelo visokem tlaku ni več res. To smo dokazali z nekaterimi pristopi za analizo kemične vezi. V tem delu sem trid, da pogledam literaturo, da vidim, če je nekdo že videl ta vrsta pravil. In ja, se je izkazalo, da je bilo nekaj. Če se ne motim, se je na-Bi in druge spojine izkazale za sledenje tem pravilom. Seveda je to samo izhodišče. Drugi dokumenti se bodo pojavili in videli bomo, ali ima ta model prava napovedna moč. Ker je to tisto, kar iščemo. Wa želimo skicirati kemijo, ki bo delovala tudi za visok pritisk.

Slika 12. Struktura snovi s kemijsko tvorbo na 4 Cl3, ki je nastala pri tlaku 125-170 GPAJasno prikazuje videz "čudne" kemije pod pritiskom.

Če poskusite, nato selektivno

Kljub dejstvu, da je Algoritem USPEX značilen velika napovedna sila v okviru svojih nalog, teorija vedno zahteva eksperimentalno preverjanje. Laboratorij za računalniško oblikovanje materialov je teoretičen, kot sledi njenega imena. Zato potekajo eksperimenti v sodelovanju z drugimi znanstvenimi skupinami. Strategija študije, sprejeta v laboratoriju, Gabriel Saleh Komentarji: \\ t

»Ne izvajamo poskusov - smo teoretiki. Toda pogosto sodelujemo z ljudmi, ki to počnejo. Pravzaprav menim, da je na splošno težko. Danes je znanost ozko specializirana, zato ni lahko najti nekoga, ki se ukvarja z obema drugim " .

Ne delamo eksperimentov, temveč pogosto sodelujemo z nekaterimi osebami, ki opravljajo eksperimente. Pravzaprav mislim, da je težko. Danes je znanost zelo specializirana, zato je težko najti nekoga, ki dela oboje.

Eden od najsvetlejših primerov je napoved preglednega natrija. V letu 2009 v reviji Narava. Izvedeni so bili rezultati dela, opravljenih pod vodstvom Artem Oganove. V članku so znanstveniki opisali novo obliko Na, v kateri je pregleden nemoten, postaja dielektrični tlak. Zakaj se to dogaja? To je posledica vedenja valenčnih elektronov: pod pritiskom, so razseljeni v praznine kristalne mreže, ki jo tvorijo natrijev atomi (sl. 13). Hkrati, kovinske lastnosti snovi izginejo in se pojavijo lastnosti dielektrika. Tlak 2 milijona atmosferov naredi natrijevo rdečo in 3 milijone brezbarvnih.

Slika 13. Natrijev pod tlakom je več kot 3 milijone atmosfera. Blue Blossom. Prikazana je kristalna struktura od natrijevih atomov, orange. - šopke valenčnih elektronov v prazninah konstrukcije.

Le malo ljudi je menilo, da bi klasična kovina lahko pokazala takšno vedenje. Vendar pa je bilo v sodelovanju z zdravnikom Mikhail EREMEZ pridobili eksperimentalne podatke, ki so v celoti potrdili napoved (sl. 14).

Slika 14. Fotografije na vzorcu, ki jo dobimo z združevanjem prehoda in odbijanja razsvetljave. Na vzorcu smo uporabili različni tlak: 199 GPA (prozorna faza), 156 GPA, 124 GPA in 120 GPA.

Treba je delati s svetlobo!

Artem Yoganov nam je povedal, kaj trdi na svoje zaposlene:

»Najprej morajo imeti dobro izobrazbo. Drugič, biti delavci. Če je človek len, potem ga ne bom vzel na delo, in če ga nenadoma ga bom vzel, bo zlorabljen. Več zaposlenih, ki so bili leni, inertne, amorfne, pravkar sem odpustil. In mislim, da je popolnoma pravilna in dobra tudi za osebo. Ker, če oseba ni na svojem mestu, ne bo srečen. Mora iti tja, kjer bo delal s svetlobo, z navdušenci, z veseljem. In to je dobro za laboratorij in dobro za osebo. In tisti fantje, ki resnično delujejo lepo, z utripanjem, dejstvo, da bomo plačali dobro plačo, gredo na konferenco, pišejo članke, ki nato gredo na najboljše revije, bodo v redu. Ker so na njihovem mestu in ker ima laboratorij dobra sredstva, da bi jih podprla. To pomeni, da fantje ni treba razmišljati o nakupu za preživetje. Lahko se osredotočijo na znanost, na svoje najljubše poslovanje in uspešno ukvarjajo z njimi. Zdaj smo se pojavili nekaj novih nepovratnih sredstev, in odpira priložnost, da najame nekaj več ljudi. Konkurenca je nenehno. Celoletni ljudje predložijo aplikacije, seveda, ne vse. ". (2016). 4-aminopiridinski kristalid, način pridobivanja farmacevtske sestave in metoda zdravljenja in / ali preprečevanja na njeni osnovi. Fish. Chem. Chem. Fish. 18 , 2840–2849;

Ma Y., Eremets M., Oganov a.r., Xie Y., Trojan I., Medvedjed S. et al. (2009). Pregleden gost natrij. Narava. 458 , 182–185;

Lyakhov a.o., Oganov a.r., Stokes H.t., Zhu Q. (2013). Novi razvoj v evolucijskih strukturah Napoved algoritmu USPEX. Comput. Fish. Komuniciranja. 184 , 1172–1182.

- Obravnavamo računalniško oblikovanje novih materialov. Prvič, kaj je to? Znanje območja? Kdaj je ideja in ta pristop?

- Območje je precej novo, je le nekaj let. Računalniška zasnova novih materialov je sanje raziskovalcev, tehnologov, temeljnih znanstvenikov že več desetletij. Ker proces odpiranja novega materiala z lastnostmi, ki jih potrebujete običajno traja več let ali celo desetletij dela celotnih institucij in laboratorijev. To je zelo drag proces, na koncu, od katerih lahko razočaranje čaka na vas. To pomeni, da ne morete vedno izumiti takega materiala. Toda tudi ko dosežete uspeh, lahko uspeh zahteva več let dela. To sploh ni primerno, želimo izumiti nove materiale, nove tehnologije, kot je mogoče.

- Ali lahko podate primer takega materiala, ki ne uspe ali pa ga ni bilo mogoče izumljati?

- Seveda. Na primer, za več desetletij, ljudje poskušajo priti do materiala težje diamant. Na tej temi je bilo na stotine publikacij. V nekaterih od njih je, da so ljudje trdili, da je bil material najden generalni diamant, potem pa neizogibno, po določenem času (običajno ni veliko), so bile te izjave zavrnjene, in se je izkazalo, da je iluzija. Do sedaj, takega materiala ni mogoče najti, in je povsem jasno, zakaj. Z našimi metodami smo uspeli pokazati, da je bistveno nemogoče, zato ni nič niti za izgubo časa.

- In če poskušate preprosto pojasniti, zakaj je to nemogoče?

- Takšna nepremičnina, kot trdota, ima končno omejitev za vsak podani material. Če vzamemo vse materiale, ki jih je mogoče sprejeti, se izkaže, da obstaja določena svetovna zgornja meja. Tako se je zgodilo, da ta zgornja meja ustreza diamantu. Zakaj diamant? Ker je v tej strukturi, je več pogojev hkrati zadovoljni: zelo močne kemijske vezi, zelo visoka gostota teh kemičnih vezi, in so enakomerno porazdeljeni v vesolju. Ni ene smeri, ki bi bila veliko težja od druge, v vseh smereh je zelo trdna. Isti grafit, na primer, ima močnejše vezi kot diamant, vendar se vse te obveznice nahajajo v isti ravnini, in obstajajo zelo šibke povezave med ravninami, in ta šibka smeri omogoča celoten kristal mehko.

- Kako je bila metoda razvila in kako so ga znanstveniki poskušali izboljšati?

"Veliki Edison je po mojem mnenju, zaradi njegovega izuma, žarnic z žarnicami:" nisem trpel deset tisočkrat v neuspehu, ampak sem našel le deset tisoč načinov, ki ne delajo. " To je tradicionalni slog iskanja novih materialov, ki se imenuje Edison v znanstveni literaturi. In iz te metode, seveda, ljudje so se vedno želeli, da se odmaknejo, ker zahteva redko unison uničeno in edison potrpljenje. In veliko časa, kot tudi denar. Ta metoda ni zelo znanstvena, to je precej znanstveni "Tyk". In vedno, ljudje so se želeli odmakniti od tega. Ko so nastali računalniki, in začeli so rešiti bolj ali manj zapletene naloge, se je vprašanje takoj pojavilo: »Ali je vse te kombinacije različnih pogojev, temperature, tlakov, kemijskih potencialov, kemične sestave na računalniku, namesto da to počnejo v laboratoriju? " Sprva so bila upanja zelo visoka. Ljudje so ga pogledali malo optimistični in evforični, vendar so vse te sanje zrušile o vsakdanjem življenju. Te metode, ki so jih ljudje poskušali rešiti, ni mogoče doseči načeloma.

- Zakaj?

- Ker so različice različnih lokacij atomov v strukturi kristala neskončno veliko, in vsak od njih bo imel popolnoma različne lastnosti. Na primer, diamant in grafit je enaka snov, in zaradi dejstva, da je struktura drugačna, so njihove lastnosti bistveno drugačne. Torej različne možnostiDrugačen od diamantov, in iz grafita, je lahko neskončno veliko. Kaj boste začeli? Kje se boste ustavili? Koliko bo nadaljeval? In če še vedno vnesete spremenljivko kemijske sestave, potem tudi različne kemične sestavke, lahko tudi pridejo tudi neskončno veliko, in naloga postane neznosno težko. Zelo hitro, ljudje so spoznali, da tradicionalne, standardne metode za reševanje tega problema ne vodijo do absolutno nič. Ta pesimizem je popolnoma pokopan prve upanja, da so ljudje, ki so bili cenjeni, od 60-ih.

- Računalniška zasnova še vedno misli ali vsaj se počuti kot vizualna stvar. Razumem, da je v 60-ih, 70-ih ali 80-ih, to je še vedno rešitev, ni vizualna, ampak matematična, to je hitreje štetje, štetje.

- Kot razumete, ko dobite številke na računalniku, jih lahko vedno vizualizirate, vendar to ni samo to.

- Na splošno je to vprašanje samo o pripravljenosti tehnike.

- Da. Številčni račun je napolnjen, ker iz številk lahko vedno naredite sliko, in s slike števila, verjetno tudi, čeprav ni zelo natančen. Od sredine osemdesetih let je bilo več znanih publikacij in končalo s sredino 90-ih, ki je končno združil pesimizem na našem področju. Na primer, obstajala je čudovita publikacija, v kateri je bilo povedano, da je celo takšna preproste snoviKot grafit ali led je popolnoma nemogoče napovedati. Ali je bil člen, ki je bil imenovan "Predvidljive kristalne strukture", in prva beseda tega članka je bila "ne".

- Kaj to pomeni "Predvidljivo, ali"?

- Naloga napovedovanja kristalne strukture je jedro celotne zasnove novih materialov. Ker struktura opredeljuje lastnosti snovi, nato napovedati snov z želenimi lastnostmi, morate predvideti sestavo in strukturo. Naloga napovedovanja kristalne strukture je mogoče oblikovati na naslednji način: Recimo, da smo nastavili kemijsko sestavo, predpostavimo, da je fiksna, na primer ogljik. Kakšna bo najbolj stabilna oblika ogljika pod določenimi pogoji? V normalnih pogojih poznamo odgovor - to bo grafit; Pri visokih pritiskih, prav tako vemo, da je odgovor diamant. Toda ustvariti algoritem, ki vam lahko da, izkaže, da je zelo težka naloga. Ali nalogo lahko oblikujete na drugačen način. Na primer, za isti ogljik: kakšna je trdna struktura, ki ustreza temu kemična sestava? Diamant. In zdaj postavimo še eno vprašanje: kaj je najbolj gosto? Zdi se, da je tudi diamant, vendar ne. Izkazalo se je, da je oblika ogljika gostejša diamant, ki ga lahko izumimo vsaj na računalniku in se lahko načeloma sintetizira. Poleg tega obstaja veliko takšnih hipotetičnih oblik.

- Četudi?

- Četudi. Toda poravnava diamanta ne pride ven. Odgovori na tovrstna vprašanja, ljudje so se naučili za pred kratkim. Algoritmi so se nedavno pojavili, programi, ki jih lahko počnejo. V tem primeru je bilo celotno področje raziskav povezano z našimi delih za leto 2006. Po tem so se mnogi drugi raziskovalci začeli ukvarjati s to nalogo. Na splošno, doslej ne zamudimo dlani prvenstva in izumite več novih metod, novih in novih materialov.

- "Kdo smo mi?

- To je jaz in moji učenci, podiplomski študenti in raziskovalci.

- da bi bili jasni, ker "mi" - to je tako večkratno vredno, v tem primeru polisetic, je mogoče razumeti drugače. In kaj je revolucionarno?

- Dejstvo je, da so ljudje spoznali, da je ta naloga povezana z neskončno kompleksnim kombinatoričnim problemom, to je število možnosti, med katerimi morate izbrati najboljše, neskončno. Kako se lahko ta naloga reši? Da, ne Preprosto se ne morete prilegati in se počutite udobno. Vendar smo našli način, da je ta naloga mogoče rešiti precej učinkovito, način, ki temelji na evoluciji. To se lahko rečemo, metoda zaporednih približkov, kadar od začetno šibkih rešitev pridemo na metodo doslednega izboljšanja bolj naprednih rešitev. Lahko je rečeno, da je to metoda umetne inteligence. Umetna inteligenca, ki naredi številne predpostavke, nekatere od njih so bile zavrnjene, od najbolj verjetnih, najbolj zanimivih struktur in kompozicij, ki so oblikovane še bolj zanimive. To pomeni, da študira na svoji zgodovini, ker se lahko imenuje umetna inteligenca.

- Rad bi razumel, kako izumite, izumiti nove materiale na določenem primeru.

- Poskusimo ga opisati na primer istega ogljika. Želite napovedati, kakšno vrsto ogljika je najbolj trdno. Podana je majhno število naključnih ogljikovih struktur. Nekatere strukture bodo sestavljale diskretne molekule kot polnile; Nekatere strukture bodo sestavljale plasti kot grafit; Nekateri bodo sestavljeni iz ogljikovih verig, tako imenovanih karbin; Nekateri tridimenzionalni, nekakšen diamant (vendar ne le diamant, takšne strukture so neskončno veliko). Sprva sprva ustvarite takšne strukture, nato pa lokalno optimizacijo ali kaj imenujemo "sprostitev". To pomeni, da premaknete atome, dokler se zaradi nastale sile na atom ne ponastavi, dokler vse napetosti v strukturi ne izginejo, dokler ne vstopi v svoje idealne vrste ali ne dobi svoje najboljše lokalne oblike. In za to strukturo pričakujete lastnosti, kot je trdota. Pogledamo na trdoto polnih. Obstajajo močne povezave, vendar le znotraj molekule. Molekule so zelo šibko povezane, zahvaljujoč temu, trdota je skoraj nič. Poglejte grafit - ista zgodba: močne povezave znotraj plast, šibke med plastmi, in posledično, snov je zelo enostavno razpadla, bo zelo majhna. Snovi, kot so polnile ali ogrmi, ali grafit, bodo zelo mehke, in takoj jih zavrnemo. Preostale ogljične strukture so tridimenzionalne, močne vezi v vseh treh dimenzijah, iz teh struktur, ki jih izberemo najbolj trdno in naj bo mogoče ustvariti odvisne družbe. Kako izgleda? Vzemimo eno strukturo, vzamemo drugo strukturo, ki jih rezamo na koščke, jih zbiramo skupaj, kot v oblikovalcu, in spet se sprostite, to je, dajemo priložnost, da pustimo vse napetosti. Obstajajo mutacije - to je še en način, da se potomijo od staršev. Vzemimo eno izmed najbolj trdnih struktur in ga naseljujemo, na primer, uporabljamo velik premik stresa, tako da se nekatere povezave preprosto razpočijo, in drugi, novi, oblikovani. Ali iztekanje atomov v najšibkejših smereh strukture, tako da se ta šibkost odstrani iz sistema. Vse zato proizvajamo strukture, ki se sprostimo, to je, odstranimo notranje napetosti, in po tem ponovno ocenjujemo lastnosti. To se zgodi, da smo vzeli trdno strukturo, mutirala, in postala je mehka, obrnjena, recila, v grafit. Tako strukturo takoj absorbiramo. In od tistih, ki so trdni, spet proizvajajo "otroke". In tako ponovite korak za korakom, generacijo z generacijo. In hitro smo prišli na diamant.

- Hkrati, trenutki, ko se upornimo, primerjamo, povežemo in spremenimo strukturo, ne umetna inteligenca, Ali program? Ni človek?

- To je program. Če bi to storili, bi bili v Kašchenku, ker je to veliko število operacij, ki ne potrebujejo osebe, ki ne potrebujejo in iz pomembnih razlogov. Razumete, da se oseba rodi, absorbira izkušnje iz okoliškega sveta, s to izkušnjo pa prihaja nekakšen predsodek. Vidimo simetrično strukturo - rečemo: "To je dobro"; Vidimo asimetrično - recimo: "To je slabo." Toda za naravo se včasih zgodi in obratno. Naša metoda mora biti brez človeške subjektivnosti in predsodkov.

- To je prav, razumem, kaj opišete, da je ta naloga načeloma oblikovana ne toliko temeljne znanosti kot rešitev precej specifičnih nalog, ki jih določa nekaj rednega transnacionalnega podjetja? Zato potrebujemo nov cement, tako da je bolj viskozen, bolj gost ali, nasprotno, je bolj tekoča in tako naprej.

- Sploh ne. Pravzaprav sem prišel iz temeljne znanosti v mojem izobraževanju, študiral po vsej temeljni znanosti, ki se ne uporablja. Zdaj me zanima reševanje uporabnih nalog, zlasti ker je metodologija, ki sem jo izumil, velja za najpomembnejše uporabne naloge zelo širokega spektra. Toda na začetku je bila ta metoda izumljena rešiti temeljne naloge.

- Kakšen?

- Že dolgo se ukvarjamo s fiziko in visokotlačno kemijo. To je področje, na katerem je bilo veliko zanimivih odkritij eksperimentalno. Toda eksperimenti so zapleteni, in zelo pogosto eksperimentalni rezultati s časom se je izkazalo, da so napačni. Eksperimentirajo drage, delovno intenzivne.

- Navedite primer.

- Na primer, dolgo časa je bila dirka med sovjetskimi in ameriškimi znanstveniki: ki bo prejel prvi kovinski vodik pod pritiskom. Nato se je izkazalo, na primer, da je veliko preprostih elementov pod tlakom postalo (to je taka alkemična transformacija) s prehodno kovino. Na primer, vzamete kalij: kalij na valenčni plašč je samo en S-elektron, tako pod pritiskom, ki postane D-element; S-orbital je prazen, nepotreben D-orbital pa se reši ta en sam elektron. In to je zelo pomembno, ker kalij, postaja prehodna kovina, potem dobi priložnost, da vstopi, na primer, v tekočem železu. Zakaj je pomembno? Ker zdaj verjamemo, da je kalij v majhnih količinah del jedra Zemlje in je vir toplote. Dejstvo je, da je eden od kalijev izotopov (radioaktivni kalij-40) eden glavnih proizvajalcev toplote na Zemlji danes. Če kalij ni vključen v jedro Zemlje, moramo v celoti spremeniti svojo idejo o starosti življenja na Zemlji, približno starost magnetnega polja, o zgodovini kopenskega jedra in številnih drugih zanimivih stvari. Tukaj je alkemična transformacija - S-elementi postajajo D-elementi. Pri visokih pritiskih, ko stisnete snov, energijo, ki jo porabite za stiskanje, prej ali slej presegajo kemijsko veznico in energijo interonalnih prehodov pri atomih. In zaradi tega lahko korenito spremenite elektronsko strukturo atoma in vrsto kemijske vezi v vašo snov. Lahko pride do popolne nove vrste snovi. In standardna kemična intuicija v takih primerih ne deluje, to je pravila, ki se učimo iz šolske klopi v lekcijah kemije, letijo v Tartarara, ko pritisk doseže precej velike količine. Lahko vam povem, kakšne stvari so bile napovedane z uporabo naše metode in nato eksperimentalno dokazano. Ko se je ta metoda pojavila, je postala za vse šok. Eno izmed najbolj zanimivih del je bilo povezano z natrijevim elementom. Napovedali smo, da če smo natrij natrija na tlak približno 2 milijona atmosferov (mimogrede, je tlak v središču Zemlje skoraj 4 milijone atmosfera, in lahko prejmete tak pritisk), ne bo več kovine, ampak a Dielektrični, poleg tega, pregledni in rdeči barvi. Ko smo naredili to napoved, nihče ni verjel. Revija Narava, v kateri smo poslali te rezultate, celo zavrnili ta članek, da bi razmislili, da so rekli, da to ni bilo mogoče verjeti. Kontaktiral sem eksperimentatorji iz skupine Mikhail Yeremtsz, ki mi je povedal, da je nemogoče verjeti v to, ampak iz spoštovanja, da bodo še vedno poskušali izvesti takšen poskus. In ta eksperiment je v celoti potrdil naše napovedi. Predvidena je bila struktura nove faze elementa bora - trdna struktura za ta element, ena izmed najbolj trdnih znanih človeštva snovi. In tam se je izkazalo, da imajo različni borovi atomi drugačen električni naboj, to je, da nenadoma postanejo različni: nekaj pozitivno, nekaj negativno zaračuna. Ta članek je bil za nekaj tri leta naveden skoraj 200-krat.

- Rekel si, da je to temeljna naloga. Ali se odločite najprej od vseh temeljnih nalog in šele pred kratkim - nekaj praktičnih vprašanj? Zgodovina z natrijem. Kaj za? To je, sedel, sedel in mislil, da bom vzel - bom vzel natrij, morda, ga bolan v 2 milijona atmosfera?

- Ni zagotovo na ta način. Prejel sem nepovratna sredstva za preučevanje vedenja visokotlačnih elementov, da bi bolje razumeli kemijo elementov. Eksperimentalni podatki pod visokim tlakom so še vedno zelo razdrobljeni, zato smo se odločili, da bomo bolj ali manj prihranili celotno periodno mizo, da bi razumeli, kako se elementi in njihova kemija spreminja pod pritiskom. Objavili smo številne članke, zlasti o naravi superprevodnosti v kisiku pod pritiskom, ker kisik pod tlakom postane superprevodnik. Za številne druge elemente: alkalni elementi ali zemeljski elementi alkaline, in tako naprej. Toda najbolj zanimivo, verjetno je bilo odkritje novih pojavov na natriju in v izvrtini. To je morda bilo največ dva elementa, ki nas je najbolj presenetilo. Zato smo začeli. In zdaj smo prešli na rešitve in praktične naloge, sodelujemo s takšnimi podjetji kot Intel, Samsung, Fujitsu, Toyota, Sony. Toyota, kolikor vem, s pomočjo naše metode je pred kratkim izumila nov material za litijeve baterije in bo to gradivo proizvajal na trgu.

- Vzeli so vašo metodo, vzeli tehnologijo iskanja materialov, vendar ne vi?

- Seveda. Ne nalagamo na tovor, in poskušamo pomagati vsem raziskovalcem. Naš program je na voljo vsem, ki ga želijo uporabljati. Podjetja morajo plačati za pravico do uporabe programa. Znanstveniki, ki delajo v akademski znanosti, ga prejmejo brezplačno, samo nalaganje na naši spletni strani. Naš program ima skoraj 2 tisoč uporabnikov po vsem svetu. In zelo sem zadovoljen, ko vidim, da so naši uporabniki dobro doseči. Imam, moja skupina ima več kot dovolj svojih odkritij, njegovih del, njegovih vpogledov. Ko vidimo isto stvar v drugih skupinah, je samo všeč.

Material je pripravljen na podlagi "postnokuka" radijskega prenosa na radijski ruski novinarski službi.