Biyoloji öğretmen 

Yeni malzemelerin bilgisayar tasarımı: rüya veya gerçeklik? Yeni malzemelerin bilgisayar tasarımı, yeni malzemelerin bilgisayar tasarımı.

  1. 1. Bilgisayar tasarımı Yeni Malzemeler: Rüya veya Gerçeklik? Artem Yoganov (ARO) (1) Geosciences Bölümü (2) Fizik ve Astronomi Anabilim Dalı (3) New York New York Merkezi New York Devlet Üniversitesi, Stony Brook, NY 11794-2100 (4) Moskova Devlet Üniversitesi, Moskova, 119992, Rusya.
  2. 2. Maddenin Binası: Atomlar, Molekülerlik, maddenin parçacıklardan oluştuğunu tahmin etmişlerdir: "O (Tanrı) toprak yaratmadığında, evrenin tarlası veya ilk tozu" (Atasözleri, 8:26) (ayrıca - Epicur, Lucretia Araba, Antik Kızılderililer, ...) 1611'de, I. Kepler, IcefLow'ların yapısının atomik yapıları tarafından belirlendiğini öne sürdü.
  3. 3. Maddenin Binası: Atomlar, Moleküller, Kristaller 1669 - Kristalografinin Doğuşu: Nikolay Kristalografi'nin ilk kantitatif yasasını formüle eder "kristalografi .. Verimsiz, sadece kendisi için var, sonuçları yoktur ... başka bir yerde değil Onun içinde kendini geliştirdi. Sınırlı bir memnuniyetin sebebi verir ve detayları o kadar çeşitlidir ki tükenmez olarak adlandırılabilir; Bu yüzden en iyi insanları bu kadar zincir ve çok uzun zamandır geliyor. "(I.V. Goethe, Amatör Kristalograf, 1749-1832) Ludwig Boltzman (1844-1906) - Tüm teorilerini atomik fikirler üzerine kuran Büyük Avusturya fiziği. Bir atomizm eleştirisi onu 1906'da intihar etti. 1912'de, maddenin atomik yapısıyla ilgili hipotez, Max Von Laue'nin deneyleri tarafından kanıtlandı.
  4. 4. Yapı, malzemelerin özelliklerini ve davranışlarını anlamanın temelidir (http://nobelprize.org) Zins Zns. 1913 yılında Braggs tarafından çözülen ilk yapılardan biri. Sürpriz: Yapıda zns molekülü yok!
  5. 5. X-ışını kırınımı - kristal yapı yapısı kırınım düzeninin deneysel olarak belirlenmesinin ana yöntemi
  6. 6. Yapı ve kırınım modelinin oranı, bu "yapıların" niteliğindeki paternleri ne kadardır?
  7. 7. Deneysel Zaferler - Düşünceli derecede karmaşık kristalin yapısal olarak ayrılmış aşamalarının tanımı (RB-IV, U.Schwarz'99) 1982 yılında açılan maddenin yeni durumu, yalnızca 2009'da doğada bulunur! Nobel Ödülü BAĞIMSIZ!
  8. 8. Maddenin Durumu Kristalin Quasicrystalline Amorf Sıvı Gazlı ("Soft Matter" - Polimerler, Sıvı Kristaller)
  9. 9. Atomik yapı - en çok ana karakteristik Maddeler. Bilmek, malzemenin özelliklerini ve Exp teorisinin elektronik yapısının özelliklerini tahmin edebilirsiniz. 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 Sabitleri C66 149 147
  10. 10. Birkaç hikaye 4. Dünyanın derinliğinin malzemeleri 3. Bir bilgisayardan malzemeler 2. Kristalin1'i tahmin etmek mümkündür. Yapının bağlantısı hakkında? Mülkiyet yapıları
  11. 11. Buz neden sudan daha hafiftir? Buz yapısı, camlı bir su olmadığı büyük boş kanallar içerir. Bu boş kanallar nedeniyle buz daha kolay buz.
  12. 12. Gaz hidratları (Clatrates) - Moleküllerin doldurulmasıyla buz (metan, karbondioksit, klor, klor, vb.) Kaltak yayının sayısı Kaltak hidrat büyük birikintileri - Umut ve enerji tasarrufu? Düşük basınç altında, metan ve karbondioksit formu Clatrates - 1 litre Clatarta 168 litre gaz içerir! Metan hidrat buz gibi görünüyor, ancak su salınımıyla yanar. CO2 Hidrat - Karbondioksit Mezarlığı Formu? Xenon Anestezi Mekanizması - Sinir sinyallerinin beynin iletilmesini engelleyen hidrat oluşumu (Pauling, 1951)
  13. 13. Kimya endüstrisi için mikro gözenekli malzemeler ve çevresindeki ortam izolatlarının temizliği mikro gözenekli alüminosilikatlar, oktan ve izo-oktan zeolito-kimyasalların ayrılmasıdır. Endüstri Tarihi Ağır Metallerin Tarihsel Örnekleri Zehirlenmesi: Qin Shi Juandi Ivan IV Grozny "Neron hastalığı (37-68) Kurşun (259-210 MÖ) (1530-1584) Mad Zehirlenme: Şapkalar" Saldırganlık, Demans
  14. 14. Yeni ve Eski Süper İletkenler Fenomen 1911'de açık. Süper iletkenlik teorisi - 1957 (BalyaDen, Cooper, Schrieffer), ancak en saat başı sıcaklık süper iletkenlerinin teorisi (Bednorz, Muller, 1986) Hayır! En güçlü mıknatıslar (MRG, kütle spektrometreleri, parçacık hızlandırıcıları) manyetik kaldırma trenleri (430 km / s)
  15. 15. Sürpriz: Karbon Çıkarılabilir Kirlilik Formu 1.14 1 TC  Exp [] KB G (E F) V Doped Grafit: KC8 (TC \u003d 0.125 K), CAC6 (TC \u003d 11 K). B-doped elmas: TC \u003d 4 K. Doped Fullerenes: RBCS2C60 (TC \u003d 33 K) Molekül Molekül Yapısı ve görünüm Fullerene C60 Fullierite kristalleri organik kristallerde süper iletkenlik 1979'dan beri bilinmektedir (Bechgaard, 1979).
  16. 16. Malzemeler düşük sıcaklıklarda tasarruf veya yok edebileceği gibi, kalay bir faz geçişi - "teneke veba". 1812 - Legend'e göre, Napolyonun Rusya'ya seferi, üniformalardaki teneke düğmeleri nedeniyle öldü! 1912 - Kaptan R.F.'in seferinin ölümü. "Tin Chum" na atfedilen Güney Kutbu'na Scott. İlk Rhodasy'nin Geçişi 13 0C Beyaz Kalay: 7.37 g / cm3 Gri Kalay: 5.77 g / cm3
  17. 17. Şekil hafızalı alaşımlar 1 2 3 4 1- Deformasyon 3- Isıtmadan sonra (20 ° C) (50 ° C) 2- Deformasyondan sonra (20 ° C) (20 ° C) (20 ° C) (20 ° C) Örnek: Niti ( Nitinol) Uygulamalar: şantlar, diş braketleri, petrol boru hatları ve uçak motorlarının unsurları
  18. 18. Harikalar optik özellikler Pleochroism (Cordieritis) - Amerika'nın açılması ve ABD'nin navigasyonunu Uivadevoprelenie (kalsit) Alexandrite etkisi (Chrysoberyill) likg (nanopartiküllü cam)
  19. 19. Doğa Colorilla Dalgalar, Å Renk Ekstra Renk4100 Mor Limon-Yellow4300 INDIGO Yellow4800 Mavi Orange5000 Mavi-Yeşil Red5300 Yeşil Purple5600 Limon-Sarı Purple5800 Sarı Indigo6100 Turuncu Blue6800 Kırmızı Sinüs Yeşil
  20. 20. Renk, yöne (pleochroism) bağlıdır. Örnek: Cordieritis (MG, FE) 2AL4SI5O18.
  21. 21. 2. Oganov A.R., Lyakhov A.O., Valle M. (2011) kristal yapılarının tahmini. Evrimsel kristal yapı tahminleri nasıl çalışır - ve neden. ACC. Chem. Res. 44, 227-237.
  22. 22. J. MADDOX (Nature, 1988) Görev - Enerji seçeneklerinin en azını bulabilirsiniz. 1 1 1 sn. Tüm yapıları İLİŞKİN İŞLEM: 10 1011 103 YRS. 20 1025 1017 YRS. 30 1039 1031 YRS. USPEX metoduna genel bakış (ARO & Cam, J.Chem.Phys. 2006)
  23. 23. Kanguru evrimini kullanarak Everest Dağı nasıl bulabilirsiniz? (R. Bolegg'ten resim) İniş Kanguru'yı artırıyoruz ve çarpmalarını sağlıyor (sansür sebeplerinde gösterilmemesi) .....
  24. 24. Everest Dağı'nı bulmak için bir kanguru evrimi nasıl bulabilirsiniz? (R. Boles'den resim) AAAARGH! Ouch .... ve zaman zaman avcılar gelir ve Kanguru'yı daha küçük rakımlarda çıkarın
  25. 25.
  26. 26. Evrimsel hesaplamalar "Kendi kendine öğrenme" ve en ilginç alan alanlarında odak arama
  27. 27. Evrimsel hesaplamalar "kendi kendine öğrenme" ve netleme arama alanının en ilginç alanlarında
  28. 28. Evrimsel hesaplamalar "kendi kendine öğrenme" ve netleme arama alanının en ilginç alanlarında
  29. 29. Evrimsel hesaplamalar "Kendi kendine öğrenme" ve netleme araması en ilginç alanlarda
  30. 30. Alternatif Yöntem: Rastgele Arama (Freeman & Catlow, 1992; Van Eijck ve Kroon, 2000; Paket ve İhtiyaç, 2006) Yok "Eğitim" Yok basit sistemler (10-12'ye kadar atomu). Yürütme tavlama (Pannetier 1990; Schön & Jansen 1996) Yok "Öğrenme" Metadamikleri (Martonak, Laio, Parrinello 2003) Boşluk Alanında Tabu Arama Minima Hopping (Gödecker 2004) hesaplama geçmişini kullanıyor ve "Kendi kendine öğrenme". Genetik ve Evrimsel Algoritmalar Bush (1995), Woodley (1999) - Değil etkili yöntem Kristaller için. Deaven & Ho (1995) nanopartiküller için etkili bir yöntemdir.
  31. 31. USPEX (Evrensel Yapı Tahmincisi: Evrimsel Xtallografi) (Rastgele) Birincil Nüfus Yeni nesil yapılar, sadece en iyi akım yapılarından (1) kalıtım (3) Koordinat (2) mutasyon kafes mutasyonu (4) izin
  32. 32. Ek resepsiyonlar - "parmak izi" siparişinin sırasının parametresi, evrimsel süreçte kaosdan ["Tanrı \u003d çeşitliliğin jeneratörü" © C. Avetisyan] Yerel sipariş - kusurlu alanları gösterir.
  33. 33. Test: "Grafit'in, sıradan bir basınçta karbonun kararlı allotropu olduğunu tahmin edecektir?" (MADDOX, 1988) Üç boyutlu SP2 yapısı, önerilen tüfek, R. Hoffmann (1983) tarafından 1'de stabil bir faz olarak doğru bir şekilde tahmin edilir. Düşük sp3 ile ATM yapısı-Enerjinin hibridizasyonu, karbon kimyasının sp2-hibridizasyonunu gösteren sp2-hibridizasyonunu gösterir.
  34. Test: Yüksek basınçlı fazlar ayrıca doğru şekilde üretilir100 GPA: Elmas Kararlı 2000 GPA: BC8 Faz Kararlı + Bulunan Metastable BC8 Silikon Fazını Açıklayan "Superhard Grafit" bilinmektedir (Kaşper, 1964) (Li, Aro, Ma, ve ark. , PRL 2009)
  35. 35. USPEX ile yapılan keşif:
  36. 36. 3. Bir bilgisayardan malzemeler
  37. 37. Yeni malzemelerin açılması: Hala örneklerin ve hataların deneysel yöntemi "(on bin) başarısızlık yoktu, ancak yalnızca 10000 çalışma dışı yol açtım" (TA Edison)
  38. 38. Yoğunluk maddesi arayın: Karbon değişiklikleri yoğun bir elmas olabilir mi? Evet, Almazalmaz'ın yapısı, tüm yeni yapı, elementler (ve bileşikler) arasındaki en büyük sıkıştırılabilirliğin en küçük atom hacmine sahiptir. Daha sıkı elmas! (Zhu, Aro, vb., 2011)
  39. 39. Karbon ve silika formlarının (Si02) türlerinin analojisi, yeni karbon formlarının yoğunluğunu anlamayı mümkün kılar. Yeni yapılar,% 1.1-3.2 yoğun elmas, çok yüksek (2,8'e kadar!) Kırılma ve dağılım göstergeleri Hafif Elmas HP3 Yapısı TP12 Yapısı Ti12 Yapılarıo2 Crystobalite SiO2 Kuvars SiO2 Kitit Faz Sis2 Yüksek Basınç
  40. 40.
  41. 41. En zor oksit - TiO2? (Dubrovinsky et al., Doğa 410, 653-654 (2001)) Nishio-Hamane (2010) ve Al-Khatatbeh (2009): Sıkıştırma Modülü ~ 300 GPA ve 431 GPA değil. LYAKHOV & ARO (2011): Basınç deneyleri çok karmaşık! Sertlik 16 GPA'dan yüksek değil! TiO2 Sofper Sio2 bir levha (33 GPA), B6O (45 GPA), AL2O3 Corundum (21 GPA).
  42. 42. Daha sert elmasın karbon formları mümkün mü? Değil . Malzeme Modeli Li Lyakhov Exp. Sertlik, Entalpy, ve ark. GPA EV / Atom (2009) (2011) Almaz 89.7 0.000 Elmas 91.2 89.7 90 Lonsdalet 89.1 0.026 Grafit 57.4 0.17 0.14 C2 / m 84.3 0.163 Ti02 Rutil 12.4 12.3 8-10 I4 / MMM 84.0 0.198 β-Si3N4 23.4 23.4 21 CMCM 83.5 0.282SIO2 Çubuklar 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 Tüm katı yapılar SP3 hibridizasyonu evrimsel hesaplamaya dayanmaktadır
  43. 43. Soğuk grafit sıkıştırma m-karbon verir, bir elmas değil! M-karbon 2006 yılında 2010-2012'de önerdi. Tenkalternatif yapılar (W-, R-, S-, Q-, X-, Y-, R-, S-, Q-, X-, Y-, Z-karbon, vb.) M-karbon, Grafit Grafit BCT4-Karbon Grafit M Karbon Grafit Diamond'dan Yeni Master Deneyleri M-Carbon Daha Kolay
  44. 44. M-Carbon - Almazgrafite Lonsdaleit'in yeni bir karbon şekli teorik faz karbon diyagramı M-karbon-makara karbinleri
  45. 45. Doğada baskı altında madde P.W. Bridgman 1946 Nobel Laureate (Fizik) 200x Mağaza: 100 GP \u003d 1 mbar \u003d
  46. Neptün, dahili bir ısı kaynağı var - ama ch4'ten nerede? Uranüs ve Neptün: H2O: CH4: NH3 \u003d 59: 33: 8. Neptün'ün iç bir enerji kaynağı vardır (Hubbard'99). ROSS'81 (ve benedetti'99): ch4 \u003d c (elmas) + 2H2. Neptün üzerinde elmas damla-ev ısı kaynağı? Teoria (Ancilotto'97; Gao'2010) Bu onaylar. Metan hidrokarbon elmas
  47. 47. Tırsarıklar metaller ve metal olmayanlar arasında ve benzersiz yapıları B safkaraşlarına, sıcaklığa ve basınç-B Beta-B T-192'ye duyarlıdır.
  48. 48. Bora'nın açılış ve araştırmasının tarihi, çelişkilerle doludur ve dedektif dönüşü B 1808: J.L.Gay-Lussac ve H.Davy, yeni bir unsurun açılmasını açıkladı - Boron.j.l. Gay-Lussac H. Davy 1895: H. Moissan, maddelerinin% 50-60'tan fazla bor'dan fazla açıldığını kanıtladı. Bununla birlikte, Moissan malzemesi, ayrıca% 90'dan az bir bor içeriğine sahip bir bileşik olduğu ortaya çıktı. H. Moissan 1858: F. Wöhler, Bora - "Elmas", "Grafit-" ve "Colek benzeri" 3 modifikasyonunu tanımladı. Üçü de bağlantılardı (örneğin, ALC12 ve B48C2AL). 2007: ~ 16 kristal modifikasyonlar yayınlandı (çoğu bağlantı var mı?). Hangi formun en kararlı olduğu bilinmemektedir. F. Wöhler.
  49. 49. BOHR'nin baskısı altında kısmen iyon yapısı oluşturur! B 2004: Chen ve Szozhenko: Bor yeni bir modifikasyonunu sentezledi, ancak yapısını çözemedi. 2006: Yoganov: Yapıyı belirledi, istikrarını kanıtladı. 2008: Syboltenko, Kurakvich, Yoğan - Bu aşama, en sağlam bilinen maddelerden biridir (50 GPA sertliği). X-ışını difraksiyon. Yukarıdan teoriden, aşağıdan gelen - gama-bor'un deney yapısı: (B2) Δ + (B12) Δ-, δ \u003d + 0.5 (ARO ve diğerleri, Doğa 2009). En çok (sol) ve en az (sağ) kararlı elektronlar.
  50. 50. Bora'nın ilk aşama diyagramı - 200 yıllık araştırmalardan sonra! Bohr'un flazing grafiği (ARO ve diğerleri, Doğa 2009)
  51. 51. Sodyum - Metal, serbest elektronların modeli tarafından mükemmel şekilde tanımlanmıştır.
  52. 52. Sodyum baskısı altında özünü değiştirir - "Alchemical dönüşüm" na 1807: Sodyum Gamphrey Davy'yı açtı. 2002: Hanfland, Syassen, et al. - Son derece karmaşık kimyada ilk gösterge. Davy sodyum 1 mbar üzerindeki basınç altında. Gregornz (2008) - daha ayrıntılı veriler. Sodyum basıncı altında kısmen D-metal olur!
  53. 53. Metalo olmayan şeffaf olmayan yeni bir yapıyı tahmin ettik! Sodyum, ~ 2 mA, eremets, ARO ve diğerleri, Doğa 2009) elektronların bir basınçta saydamlaşır. Elektronlar yapının "boş yere" lokalize edilir, sıkıştırılmış sodyum metalol yapmaz
  54. Minerallerin incelenmesi sadece estetik bir formasyon değildir, aynı zamanda erime noktasını düşürmenin temelde önemli bir bilimsel yönüdür, ahşabın safsızlıkları 70 C'de eritilir. Alaşımlı Bi-PB-SN-CD-in-TL - AT 41.5 s!
  55. 64. Dünyanın iç çekirdeğinin bileşimi nedir? Çekirdek saf demirden biraz daha az yoğundur. FE-C ve FE-H sistemlerinde, S, SI, O, C, H gibi ışık elemanları ile alaşımdaki Fe çekirdeğinde, yeni bağlantılar öngörülmektedir (FEH4!). Karbon çekirdeğinde büyük miktarlarda bulunabilir [Bazhanov, Yoganov, Gianola, UFN 2012]. Yoğunluğu açıklamak için gereken iç çekirdeğin içindeki karbon yüzdesi
  56. 65. D "(2700-2890 km) katmanının doğası, uzun süre bir gizem olarak kaldı" - sıcak mantoların kökü MGSIO3'ün ~ 75 volt olduğu akarsular, D ": sismik boşluk, Korderyit renginin anizotropyvpimatik anizotropi!
  57. 66. RidgeRage - yeni bir mineralin varlığında, MGSIO3 sonrası pervertoving katmanı D "(2700-2890 km) Faz diyagramı D" Mgsio3 molası, bir katmanın varlığını açıklar ", sıcaklığını hesaplamanıza olanak sağlar. D "katmanının MGSIO3 günü, Civa ve Mars'ın Merkür ve Mars'ın yeni bir milletvekilinin azaldığını tahmin etti - Tschauner (2008)
  58. 67. Maddenin yapısı, dünyanın bilgisinin anahtarıdır. Yapılar. Tanım
  59. 68. Şükran: Öğrencilerim, Lisansüstü Öğrencileri ve Postadaders: a. Lyakhov Y. Ma S.E. Boulfelfel c.w. Cam Q. Zhu Y. Xie diğer laboratuvarlardan meslektaşları: F. Zhang (Perth, Avustralya) C. Gatti (U. Milano, İtalya) G. GAO (Jilin Üniversitesi, Çin) A. Bergara (U. Basque Country, İspanya) I. Errea (U. Bask Ülkesi, İspanya) M. Martinez-Canales (UCL, UK) C. Hu (Guilin, Çin) M. Salvado & P.Pertierra (Oviedo, İspanya) VL Sybolnko (Paris) D.Yu. Pushchashovsky, v.v. Brazhn (Moskova) Kullanıcılar Kullanıcılar Kullanıcılar (\u003e 1000 kişi) - http://han.ss.sunysb.edu/~uspex

En istikrarlı yapı aramanın özü, en düşük enerjiye sahip bir maddenin böyle bir durumunun hesaplanmasına indirgenir. Bu durumda enerji, kristalin incelendiği, çekirdeklerin ve atomların elektronlarının elektromanyetik etkileşimine bağlıdır. Basitleştirilmiş Schrödinger denklemine dayanan kuantum-mekanik hesaplamaların yardımı ile tahmin edilebilir. Yani kullanılan USPEX algoritmasında yoğunluk fonksiyonel teorisigeçen yüzyılın ikinci yarısında geliştirilmiştir. Asıl amacı, moleküllerin ve kristallerin elektronik yapısının hesaplamalarını basitleştirmektir. Teori, elektronik yoğunluğun multielektronik dalga fonksiyonunu değiştirmenizi sağlarken, resmen doğru kalır (ancak yaklaşımın kaçınılmaz olduğu ortaya çıkıyor). Uygulamada, bu, hesaplamaların karmaşıklığında bir düşüşe yol açar ve bunun sonucunda, onlara harcanacak zaman. Böylece, kuantum-mekanik hesaplamalar, USPEX'te bir evrimsel bir algoritma ile birleştirilir (Şekil 2). Evrimsel algoritma nasıl çalışır?

En düşük enerjili yapıları aramak mümkündür: yanlışlıkla atomları birbirine göre yerleştirin ve böyle bir durumu analiz eder. Ancak, seçeneklerin sayısı çok büyük olduğundan (atomlar sadece 10 olsa bile, birbirlerine göre konumlarının olanakları yaklaşık 100 milyar olacaktır), daha sonra hesaplama çok fazla zaman alır. Bu nedenle, bilim adamlarının başarısı sadece daha kurnaz bir yöntemin geliştirilmesinden sonra başarmayı başardılar. USPEX algoritması evrimsel bir yaklaşıma dayanmaktadır (Şekil 2). İlk olarak, az sayıda yapı rastgele üretilir ve enerjileri hesaplanır. En yüksek enerjiye sahip seçenekler, yani en az stabil, sistem kaldırılır ve en kararlıdır, benzer şekilde benzerdir ve bunları hesaplar. Aynı zamanda rastgele bilgisayar, başarılı bir evrim için ayrılmaz bir durum olan nüfusun çeşitliliğini korumak için yeni yapılar üretmeye devam ediyor.

Böylece, kristal yapılarını tahmin etme sorunu, mantığın biyolojiden alınmasına yardımcı oldu. Bu sistemde bir geni olduğunu söylemek zordur, çünkü yeni yapılar öncekilerden çok farklı parametrelerle farklılık gösterebilir. Seçim koşullarına en çok uyarlanmış "Bireyler" bireyler, yani algoritma, hatalarını öğrenen, bir sonraki girişimde başarı şansını en üst düzeye çıkarır. Sistem oldukça hızlı bir şekilde en düşük enerjiye sahip bir varyant bulur ve yapısal birim (hücre) düzinelerce ve hatta ilk yüz atom içerdiğinde durumu etkin bir şekilde hesaplarken, önceki algoritmalar on ile başa çıkamıyordu.

MIP'de USPEX'in önüne yerleştirilen yeni görevlerden biri, proteinlerin üçüncül yapısının amino asit dizileri tarafından tahmin edilmesidir. Modern moleküler biyolojinin bu sorunu anahtar arasında. Genel olarak, bilim adamları öncesi, görev de çok zordur, çünkü bu kadar karmaşık bir molekül için enerjiyi bir protein olarak hesaplamak zordur, zordur. Artem Oganova'ya göre, algoritması zaten peptitlerin yaklaşık 40 amino asit yapısını tahmin edebiliyor.

Video 2. Polimerler ve Biyopolimerler. Polimerlerle hangi maddelerle ilgilidir? Polimerin yapısı nedir? Polimerik malzemelerin kullanımı ne kadar yaygındır? Bu konuda, Doktora, Doktora, Kristalografi Artem Oganan'da.

USPEXA Açıklaması

Bilimsel ve popüler Artem Oganov'larından birinde (Şekil 3) USPEX'i aşağıdaki gibi açıklar:

"İşte ortak bir fikir göstermek için figüratif bir örnek. Tam bir karanlığın hüküm sürdüğü bilinmeyen bir gezegenin yüzeyinde en yüksek dağı bulmanız gerektiğini hayal edin. Kaynakları kaydetmek için, tam bir rahatlama haritası yapmadığımızı, ancak en yüksek noktasına ihtiyacımız olduğunu anlamak önemlidir.

Şekil 3. Artem Romaevich Yoğanov

Gezegeni küçük bir Biorobot inişi, keyfi yerlerde birer birer gönderiyorsunuz. Her robotun yapması gereken talimatlar, yüzeyin üstesinden gelmektir, yerçekimi zilağının kuvvetlerine karşı ve yörünge üssünü bilgilendirmesi gereken koordinatların, en yakın tepenin tepelerine ulaşmanın bir sonucu olarak. Büyük bir araştırma için fonlar yok ve robotlardan birinin hemen en yüksek dağa, son derece küçük olabileceği olasılığı yok. Bu nedenle, bilinen Rus askeri biliminin tanınmış prensibini uygulamak gerekir: "numara ile değil, yetenek tarafından daha iyi değil", burada evrimsel bir yaklaşım şeklinde uygulanmaktadır. En yakın komşunun sönümlenmesi, robotlar kendilerini bu şekilde kendilerini karşılıyor ve çoğaltıyor, onları "onların" köşeleri arasındaki çizgiyi düzenliyor. Bioreobotların yavruları aynı talimatları yerine getirmeye devam ediyor: "Ebeveynlerinin iki köşesi" arasındaki bölgeyi keşfederek, kabartmanın yükselmesine doğru hareket ederler. Ortalama seviyenin altına düşen köşeleri olan "bireyler", (bu seçiliyor) ve rastgele bir anıyı iniş (bu, nüfusun genetik çeşitliliğini "korumak için simüle edilir)".

USPEX'in çalıştığı hatayı nasıl tahmin edersiniz? Önceden bilinen doğru bir cevapla bir görevi alabilir ve bir algoritma yardımıyla 100 kez 100 kez karar verebilirsiniz. Doğru cevap 99 olguda elde edilirse, hesaplama hatasının olasılığı% 1 olacaktır. Tipik olarak, doğru tahminler, ilköğretim hücresindeki atom sayısı 40 adet olduğunda,% 98-99 olasılıkla elde edilir.

USPEX evrimsel algoritması birçok ilginç keşiflere ve hatta aşağıda tartışılacak olan tıbbi bir ilacın yeni bir tıbbi şeklinin geliştirilmesine yol açtı. Yeni nesil süper bilgisayarların göründüğünde ne olacağını merak ediyorum. Kristal yapısal tahmin algoritması değişecek mi? Örneğin, bazı bilim adamları kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde yer almaktadır. Gelecekte, en gelişmiş modernden çok daha etkili olacaklar. Artem Oganova'ya göre, evrimsel algoritmalar lider pozisyondan çıkacak, ancak daha hızlı çalışmaya başlayacaklar.

Laboratuvarın yol tarifi: termoelektriklerden ilaçlara

USPEX, yalnızca verimli değil, aynı zamanda çok fonksiyonlu bir algoritma olduğu ortaya çıktı. Şu anda, Artem Oganova'nın liderliği altında, çoğu yapılır bilimsel çalışma farklı yönlerde. En son projelerden bazıları, yeni termoelektrik malzemelerin simülasyonu ve proteinlerin yapısının tahmin edilmesine girilir.

"Birkaç projemiz var, bunlardan biri nanopartiküller, malzeme yüzeyleri gibi düşük boyutlu malzemelerin incelenmesi, Bir diğeri, yüksek basınç altında kimyasalların incelenmesidir. Yeni termoelektrik malzemelerin tahmini ile ilgili başka bir ilginç proje var. Şimdi, icat ettiğimiz kristal yapıların tahmini için yöntemin adaptasyonunun, termoelektrik görevlerin verimli bir şekilde çalıştığını biliyoruz. Şu anda, yeni termoelektrik malzemelerin keşfedilmesinin olması gerektiği sonucu büyük bir pislik için hazırız. Termoelektrikçiler için oluşturduğumuz yöntemin çok güçlü olduğu, harcanan testlerin başarılı olduğu açıktır. Ve tamamen yeni materyalleri aramak için hazırız. Ayrıca yeni yüksek sıcaklık süper iletkenlerinin tahmini ve incelenmesi ile de ilgileniyoruz. Proteinlerin yapısını tahmin etme sorusunu soruyoruz. Bizim için yeni bir görevdir ve çok meraklı. "

İlginç bir şekilde, USPEX zaten ilaç bile faydalandı: "Üstelik yeni ilaçlar geliştiriyoruz. Özellikle, biz tahmin edildi, yeni bir ilaç elde edildi ve patentlendi, - A.R. Yoğan. - Bu bir hidrat 4-aminopiridin, multipl sklerozdan bir ilaçtır ".

Kısa süredir Patentli Bilgisayar Tasarım Malzemelerinin Valery Rosizen (Şekil 4), Anastasia Naumova ve Artem Ogana'nın, Multipl sklerozu tedavi etmesine izin veren, Valery Rosizen (Şekil 4), Anastasia Naumova ve Artem Ogana ile konuşuyoruz. Patent açık, tıbbın fiyatını azaltmaya yardımcı olacaktır. Dağınık skleroz, kronik bir otoimmün hastalıktır, yani kendi bağışıklık sistemi sahibine zarar verdiğinde patolojilerden biridir. Aynı zamanda, miyelin sinir liflerinin kılıfı hasar görür, bu da normalde elektriksel olarak yalıtım işlevi gerçekleştirir. Nöronların normal çalışması için çok önemlidir: büyüyen akım sinir hücreleriMelinik, açığa çıkmadan 5-10 kat daha hızlı kapladı. Bu nedenle, çoklu skleroz sinir sisteminin çalışmalarında ihlallere yol açar.

Multipl skleroz oluşumunun kök nedenleri tamamen istenmez. Onları dünyadaki birçok laboratuvarda anlamaya çalışıyorlar. Rusya'da, bu Biyoorganik Kimya Enstitüsü'ndeki biyokataliz laboratuvarında bulunmaktadır.

Şekil 4. Valery Roizen - sklerozdan bir ilaç için patentin yazarlarından biri, Bilgisayar tasarım malzemelerinin laboratuvarının çalışanı, yeni ilaç formları çalışmaları tıbbi hazırlıklar ve aktif olarak bilimi popülerleştirmekle meşgul.

Video 3. Bilimsel ve popüler konferans valery Rosizen "lezzetli kristaller". Uyuşturucu çalışmalarının ilkelerini, insan vücuduna bir ilaç sunma şeklinin ve kötülük ikiz kardeşi Aspirin hakkındaki önemini öğreneceksiniz.

Klinikte daha önce 4-aminopiridin zaten kullanıldı, ancak bilim adamı değişmeyi başardı kimyasal bileşim, bu ilacın kandaki emilimini arttırın. 4-aminopiridin kristal hidratını (Şekil 5) stokiyometri 1: 5 ile elde ettiler. Bu formda, ilacın kendisi patentlendi ve onu edinme yöntemi. Madde, nöromüsküler sinapslarda nörotransmiterlerin emisyonunu arttırır; bu, multipl sklerozlu hastaların refahını kolaylaştırır. Böyle bir mekanizmanın semptomların tedavisini, ancak çok hastalığın kendisi olmadığını belirtmekte fayda var. Biyoyararlanmaya ek olarak, yeni gelişimdeki ana anı aşağıdakilerdir: "4-aminopiridinin kristalinde" sonuçlandırılması mümkün olduğu için, tıpta kullanım için daha uygun hale geldi. Kristalin maddelerin saflaştırılması ve homojen formda elde edilmesi nispeten kolaydır ve ilaçların potansiyel olarak zararlı safsızlıklardan özgürlüğü, iyi bir tıbbın kilit kriterlerinden biridir.

Yeni kimyasal yapıların açılması

Yukarıda belirtildiği gibi, USPEX yeni kimyasal yapılar bulmanıza izin verir. "Alışılmış" karbonun bile kendi bilmeceleri olduğu ortaya çıktı. Karbon çok ilginç bir kimyasal elementtir, çünkü süper kaslı dielektriklerden, yumuşak yarı iletkenler ve hatta süper iletkenlerle biten geniş bir yapı seti oluşturur. Birincisine, elmas ve lansdalet, ikinci grafite, üçüncüye, düşük sıcaklıklarda dolandırıcıları içerebilir. Bilinen çok çeşitli karbon formlarına rağmen, Artem Oganova'nın rehberliğindeki bilim adamları temel olarak yeni bir yapı açmayı başardı: daha önce karbonun "Misafir Sahibi" tipinde kompleksleri oluşturabileceği bilinmiyordu (Şekil 6). İş, materyallerin bilgisayar tasarımı laboratuvarının çalışmalarında yer aldı (Şekil 7).

Şekil 7. Oleg Peri, Yüksek Lisans Öğrenci MFTI, Malzeme Bilgisayar Laboratuvarı Görevlisi ve Açılış Yazarlarından biri yeni yapı Karbon. Boş zamanlarında Oleg, bilimin popülerleşmesi ile uğraşıyor: Makaleleri "Kedi Schredinger", "Bilim İçin", Strf.ru, "Rosatom" yayınlarında bulunabilir. Ayrıca, Oleg - Moskova'nın galibi Bilim Slam. Ve TV'nin katılımcısı "akıllıca" gösteriyor.

"Misafir Sahibi" nin etkileşimi, örneğin, virülent olmayan bağlantılara bağlı moleküllerden oluşan komplekslerde kendisini tezahür eder. Yani, belirli bir atom / molekül, kristal kafesindeki belirli bir yeri kaplar, ancak çevreleyen bileşiklerle kovalent bir bağlantı oluşturmaz. Bu tür davranış, birbirine bağlanan biyolojik moleküller arasında yaygındır, organizmanın çeşitli fonksiyonlarını gerçekleştiren dayanıklı ve büyük kompleksler oluşturur. Genel olarak, iki tür yapısal elemandan oluşan bileşik nedeniyle. Sadece karbon ile oluşturulan maddeler için bu tür formlar bilinmemektedir. Bilim adamları, 2014 yılında keşiflerini yayınlamışlar, 14. grubun özellikleri ve davranışları hakkındaki bilgilerimizi genişletti kimyasal elementler Genel olarak (Şekil 8). Açık karbon formunda olduğu belirtilir. kovalent bağlar Atomlar arasında oluşur. Tamamen farklı bir yapısal çevreye sahip olan iyi belirgin iki karbon atomunun varlığı nedeniyle ev sahibi sahibi türünden bahsediyoruz.

Yeni Yüksek Basınçlı Kimya

Bilgisayar tasarım laboratuarında malzemeler, maddelerin yüksek basınçlarda stabil olacağı incelenmiştir. Laboratuarın başının bu tür araştırmaya ilgi gördüğü budur: "Materyalleri yüksek basınç altında, bu tür koşullar altında görünen yeni kimyada inceliyoruz. Bu, geleneksel kurallara uymayan çok sıradışı bir kimya. Yeni bağlantılarda kazanılan bilgi, gezegenlerin içinde olanların anlayışına yol açacaktır. Çünkü bu sıradışı kimyasal maddeler Kendilerini gezegen alt topraklarının çok önemli malzemeleri olarak gösterebilir. " Yüksek basınçlı maddelerin nasıl davrandığını tahmin etmek zordur: Kimyasal kuralların çoğu çalışmayı durdurur, çünkü bu koşullar normalden çok farklıdır. Bununla birlikte, evrenin nasıl düzenlendiğini bilmek istiyorsak, bunu anlamak gerekir. Aslanın evrenin BARYON maddesinin payı, gezegenlerin, yıldızların, uyduların içindeki tam olarak yüksek basınçtır. Şaşırtıcı bir şekilde, kimyası hakkında hala çok az.

MFTI çalışmalarının bilgisayar tasarım malzemelerinin laboratuvarında yüksek basınçta uygulanan yeni kimya, Doktora (bilim adayına benzer derece) Gabriele Saleh (Gabriele Saleh):

"Ben bir kimyagerim ve ben kimya ile yüksek basınçlarda ilgileniyorum. Neden? Çünkü 100 yıl önce formüle edilmiş kimya kurallarına sahibiz, ancak son zamanlarda yüksek basınçlarda çalışmayı bıraktıkları ortaya çıktı. Ve çok ilginç! Ay Parkı gibi görünüyor: kimsenin açıklayamayacağı bir fenomen var; Yeni fenomeni keşfedin ve neden olduğunu anlamaya çalışın - çok ilginç. Temel şeylerle konuşmaya başladık. Ancak yüksek basınç var gerçek dünya. Tabii ki, bu odada değil, dünyanın içinde ve diğer gezegenlerde " .

Ben bir kimyager olduğum için yüksek basınçlı kimya ile ilgileniyorum. Neden? Çünkü yüz yıl önce kimyasal kurallar kuruldu, ancak son zamanlarda bu kuralların yüksek basınçta kırıldığı keşfedildi. Ve çok ilginç! Bu bir loonopark gibidir, çünkü kimsenin rasyonalize edemediği bir fenomen var. Yeni fenomen okumak ve neden olacağını anlamaya çalışmak ilginç. Temel bakış açısıyla başladık. Ancak bu yüksek basınçlar var. Tabii ki bu odada değil, kulakların içinde ve diğer gezegenlerde.

Şekil 9. Kömür asidi (H203), basınç altında sabit bir yapıdır. Yukarıdaki insette Bununla birlikte gösterilir eksenler C. Polimer yapılar oluşturulur. Yüksek basınçlar altında karbon-oksijen-hidrojen sisteminin incelenmesi, gezegenlerin nasıl düzenlendiğini anlamak için çok önemlidir. H20 (su) ve CH4 (metan), bazı dev gezegenlerin ana bileşenleridir - örneğin, Neptün ve Uranyum, baskı yüzlerce GPA'ya ulaşabileceği. Büyük buzlu uydular (Gamornad, Callisto, Titan) ve kuyruklu yıldızlar ayrıca birkaç GPA'ya uygulanan su, metan ve karbondioksit içerir.

Gabriele bize yakın zamanda yayın için kabul edilen yeni işinden bahsetti:

"Bazen temel bilimlerle uğraşıyorsunuz, ancak elde edilen bilgilerin doğrudan uygulanmasını tespit ettiniz. Örneğin, kısa süre önce, karbon, hidrojen ve oksijenden elde edilen tüm stabil bileşikler için arama sonuçlarını yüksek basınçta tarif ettiğimiz bir makale gönderdik. 1 GPA gibi çok düşük basınçlarda stabil bir tane bulduk Ve onlar kömür asit H 2 C0'deydiler. (Şek. 9). Astrofizik edebiyatı okudum ve Ganymed ve Callisto [Jüpiter Uyduları] uydularının su ve karbondioksitten oluştuğunu buldum: kömür asit oluşturan moleküllerden. Bu yüzden keşifimizin orada eğitim önerdiğini fark ettik. kömür asidi. Dedim ki: hepsi temel bilimle başladı ve uydu ve gezegenlerin incelenmesi için önemli bir şeyle sona erdi " .

Bu basınç, prensipte, evrende bulunabilecekleri, ancak dünyanın yüzeyinde bize göre olanlara kıyasla yüksek olanlar üzerinde düşük bir basınç ortaya çıktığını unutmayın.

Bu yüzden bazen temel bilim için bir şeyler okuyorsun ama sonra doğru bir uygulamaya sahip olduğunu keşfedin. Örneğin, karbon, hidrojen, yüksek basınçta oksijen aldığımız bir kağıt sunduk ve tüm stabil bileşikleri aramaya çalıştık. Karbonik asit olan bir tane bulduk ve bir Gigapascal gibi çok düşük bir basınçta stabil oldu. Astrofizik edebiyatını araştırdım ve keşfettim: Ganymede veya Calisto gibi uydular var. Karbon diixide ve su var. Bu karbonik asidi oluşturan moleküller. Bu keşif bu keşif, muhtemelen karbonik asit olacağı anlamına geldiğini fark ettik. Demek istediğim budur ve planet bilimi için geçerli olan bir şeyi keşfetti.

İyi bilinen aşçı tuzu, NaCl ile ilgili getirilebilecek sıradışı kimya örneği. Tuzunuzda 350 GPA basıncı oluşturabiliyorsanız, yeni bağlantılar elde edersiniz. 2013 yılında, A.R. yönünde Oganova, NaCl'e yüksek basınç olsaydı, olağandışı bileşiklerin kararlı hale geleceği gösterilmiştir - örneğin NaCl 7 (Şekil 10) ve Na3C CL. İlginç bir şekilde, açık maddelerin çoğu metaldir. Gabiel Saleh ve Artem Oganov devam etti Öncü işBu, sodyum klorürlerin yüksek basınç altında egzotik davranışını gösterdi ve alkali metal bileşiklerinin halojenlerle özelliklerini tahmin etmek için kullanılabilecek teorik bir model geliştirdi.

Bu maddelerin bu kadar sıradışı koşullara maruz kaldığı kuralları açıkladılar. USPEX algoritmasını kullanarak, Formül A 3 Y (A \u003d Li, Na, K; Y \u003d F, CL, BR) ile birkaç bileşik teorik olarak 350 GPA'ya basınçlandırılmıştır. Bu, oksitlenmiş durumdaki klorür iyonlarının keşfedilmesine yol açtı. "Standart" kimyası bunu yasaklıyor. Bu tür koşullarda, örneğin, kimyasal formül Na 4C13'ü ile yeni maddeler oluşturulabilir.

Şekil 10. NaCl geleneksel tuzun kristal yapısı ( ayrıldı) ve sıradışı bileşik NaCl 7 ( sağda), basınç altında kararlı.

Kimyada yeni kurallara ihtiyacı var

Gabriele Saleh (Şekil 11), yeni kimya kurallarının açıklamasını amaçlayan, sadece standart koşullar altında olmayan, ancak yüksek basınç altındaki maddelerin davranışlarını ve özelliklerini tanımlayacak olan, çalışması hakkında konuştu (Şek. 12 ).

Şekil 11. Gabriel Saleh (Gabriele Saleh)

"İki ya da üç yıl önce, Profesör Yoğanov, NaCl olarak böyle basit bir tuzun çok basit olmadığını keşfetti: sodyum ve klor da başka bağlantılar da oluşturabilir. Ama kimse nedenini bilmiyordu. Bilim adamları hesaplamaları yerine getirdi, sonuçlar alındı, ancak bilinmeyen, neden her şey böyle olur, başka türlü değil. Lisansüstü okuldan bu yana, kimyasal bir bağlantı ve çalışma sırasında, neler olduğunu mantıksal olarak açıklayan bazı kuralları formüle etmeyi başardım. Elektronların bu tür bileşiklerde nasıl davrandığını okudum ve yüksek basınç altında onların karakteristikleri genel yasalara ulaştım. Bu kuralların hayal gücümün meyvesi olup olmadığını veya hala nesnel olarak doğru olup olmadığını kontrol etmek için, benzer bağlantıların yapısını - LIBR veya NABR ve daha benzer şekilde tahmin ettim. Ve aslında - genel kurallar takip edilir. Kısaca, aşağıdaki trend olduğunu gördüm: basıncı bu bileşiklere uyguladığınızda, daha sonra iki boyutlu metalin yapısını ve ardından - bir boyutludur. Daha sonra, çok yüksek basınç altında, daha fazla vahşi şeyler ortaya çıkmaya başlar, çünkü bu durumda klor oksidasyonun derecesi olacaktır. Tüm kimyagerler, klorin bir oksidasyon derecesine sahip olduğunu biliyor -1, bu, bu ders kitabından tipik bir örnektir: sodyum elektronu kaybeder ve klor onu alır. Bu nedenle, oksidatif sayılar sırasıyla +1 ve -1 elde edilir. Ancak yüksek basınç altında, her şey yanlış çalışıyor. Kimyasal bağların analizi için bazı yaklaşımların yardımı ile gösterdik. Ayrıca çalışma sırasında, kimsenin bu tür düzenlemeleri gözlemlediğini anlamak için özel edebiyat arıyordum. Ve evet, izledi. Yanılmıyorsam, sodyum bisputat ve diğer bazı bağlantılar açıklanan kurallara tabidir. Tabii ki, bu sadece başlangıç. Aşağıdaki çalışmaları konu üzerinde yayınladığınızda, modelimizin gerçek bir öngörücü gücü olup olmadığını öğreniyoruz. Çünkü tam olarak aradığımız şey. Yüksek basınçlarda saygı duyulacak kimyasal yasaları tanımlamak istiyoruz " .

İki ya da üç yıl önce Profesör Oganov, basit tuz NaCl'in yüksek basınçta çok basit olmadığını ve diğer bileşiklerin oluşacağını keşfetti. Ama kimse nedenini bilmiyor. Sonuçları aldılar bir hesaplama yaptılar, ancak bunun kim olduğunu söyleyemezsiniz. Öyleyse doktoram sırasında kimyasal bağların çalışmasında uzmanlaştığım için, bu bileşikleri araştırdım ve neler olup bittiğini rasyonelleştirmek için biraz rala buldum. Elektronların bu bileşiklerde nasıl davrandıklarını araştırdım ve bu tür bileşiklerin yüksek basınçta izleyeceği bazı kurallarla ortaya çıktı. Kurallarımın sadece hayal gücüm olup olmadığını veya doğru olup olmadığını kontrol etmek için, benzer bileşiklerin yeni yapılarını tahmin ettim. Örneğin LIBR veya NABE ve bunun gibi bazı kombinasyonlar. Ve evet, bu kurallar takip edilmek üzere ortaya çıktı. Kısacası, sadece çok uzmanı olmamak, bir eğilim olduğunu gördüm: Onları sıkıştırdığınızda, iki boyutlu metaller, daha sonra metalin bir boyutlu yapısı oluşturur. Ve sonra çok yüksek basınçta, bazı daha vahşi olurdu, çünkü bu durumda CL, -2'nin oksidasyon sayısına sahip olacaktır. CL'nin en düşük oksidasyon sayısının tümü -1, tipik ders kitabı örneğidir: Sodyum kaybeder. Böylece +1 ve -1 oksidasyon numaralarımız var. Ancak çok yüksek bir basınçta artık doğru değil. Bunu kimyasal bağlama analizi için bazı yaklaşımlarla gösterdik. Bu çalışmada, birinin daha önce bu tür kuralları görüp görmediğini görmek için literatüre bakmayı da izlerim. Ve evet, bazıları olduğu ortaya çıktı. Yanlış değilsem, Na-Bi ve diğer bileşikler bu kuralları takip etmek için ortaya çıktı. Tabii ki sadece bir başlangıç \u200b\u200bnoktasıdır. Diğer makaleler ortaya çıkacak ve bu modelin gerçek bir öngörücü gücü olup olmadığını göreceğiz. Çünkü bu aradığımız şey bu. Biz de yüksek basınç için çalışacak kimyayı çizmek istiyorum.

Şekil 12. Maddenin yapısı, 125-170 GPA'lık bir basınçta oluşturulan kimyasal formül ile Na4 Cl3 ile oluşturulur.Basınç altında "garip" bir kimyanın görünümünü açıkça gösterir.

Deneyse, o zaman seçici olarak

USPEX algoritmasının görevlerinde büyük bir prediktif güçle karakterize edildiğine rağmen, teori her zaman deneysel doğrulama gerektirir. Bilgisayar tasarım malzemelerinin laboratuvarı, adından aşağıdaki gibi teoriktir. Bu nedenle, deneyler diğer bilimsel gruplarla işbirliği içinde tutulur. Laboratuarda kabul edilen çalışma stratejisi, Gabriel Saleh şöyle:

"Deney yapmıyoruz - teorisyeniz. Ama çoğu zaman bunu yapan insanlarla işbirliği yapıyoruz. Aslında, genellikle zor olduğunu düşünüyorum. Bugün, bilim dar bir şekilde uzmanlaşmıştır, bu nedenle hem diğerinde yer alan birini bulmak kolay değil " .

Deneyimler yapmıyoruz, ancak genellikle deney yapan bazı insanlar ile işbirliği yapıyoruz. Aslında aslında zor olduğunu düşünüyorum. Günümüzde bilim çok uzmanlaşmıştır, bu yüzden her ikisini de yapan birini bulmak zor.

En parlak örneklerden biri, şeffaf sodyumun bir tahminidir. 2009'da dergide Doğa. Artem Oganova'nın rehberliğinde yapılan işlerin sonuçları yayınlandı. Makalede, bilim adamları, yeni NA formunu, içinde şeffaf olmayan, bir dielektrik basıncı haline getirdi. Bu neden oluyor? Bu, değerlik elektronların davranışlarından kaynaklanmaktadır: basınç altında boşlukta yer değiştirirler kristal kafessodyum atomları ile oluşturulur (Şekil 13). Aynı zamanda, maddenin metal özellikleri ortadan kalkar ve dielektrik nitelikleri belirir. 2 milyon atmosfer baskısı, sodyum kırmızı ve 3 milyon renksizdir.

Şekil 13. Basınç altında sodyum 3 milyondan fazla atmosferdir. Mavi çiçeği Sodyum atomlarının kristal yapısı gösterilir, portakal - Yapının boşluğundaki değerlik elektronların demetleri.

Birkaç kişi, klasik metalin böyle bir davranışı gösterebileceğine inanıyordu. Bununla birlikte, hekim Mikhail Eremez ile işbirliği içinde, öngörüyü tamamen onaylayan deneysel veriler elde edildi (Şek. 14).

Şekil 14. Geçen ve yansıyan aydınlatmayı birleştirerek elde edilen NA örneğinin fotoğrafları. Numunede farklı basınç uygulandı: 199 GPA (şeffaf faz), 156 GPA, 124 GPA ve 120 GPA.

Bir ışıkla çalışmak gereklidir!

Artem Yoganov, çalışanlarına ne yer aldığını söyledi:

"İlk önce, iyi bir eğitime sahip olmalılar. İkincisi, işçi olmak. Adam tembelse, o zaman işe almayacağım ve aniden alacağım, istismar edilecektir. Tembel, inert, amorf, daha yeni kovuldum. Ve bence kendisi için bile kesinlikle doğru ve iyi. Çünkü bir insan yerinde değilse, mutlu olmayacak. Oraya gitmesi gerekiyor, nerede bir ışıkla çalışacağını, meraklılarıyla, zevkle birlikte. Ve laboratuar için iyidir ve bir kişi için iyidir. Ve gerçekten güzel bir şekilde çalışan adamlar, bir parıldayan, iyi bir maaş ödeyeceğimiz gerçeği, konferansa gidiyorlar, daha sonra en iyi dergilere giden makaleler yazıyorlar, iyi olacaklar. Çünkü onlar yerinde oldukları ve laboratuvarın onları desteklemek için iyi kaynakları olduğu için. Yani, adamların hayatta kalmanın edinimi hakkında düşünmeleri gerekmez. Bilime, favori işlerinde konsantre olabilirler ve onlarla başarıyla başa çıkabilirler. Şimdi bazı yeni hibeler ortaya çıktık ve birkaç kişi daha kiralama fırsatını açıyor. Rekabet süreklidir. Tüm yıl boyunca insanlar başvuruları gönderir, elbette, hepsini değil. ". (2016). 4-aminopiridin kristalit, elde etme yöntemi, farmasötik bir kompozisyon ve bir tedavi yöntemi ve / veya bazında önleme yöntemi. PHYS. Chem. Chem. PHYS. 18 , 2840–2849;

  • MA Y., Eremets M., Oganov A.R., Xie Y., Trojan I., Medvedev S. ve ark. (2009). Şeffaf yoğun sodyum. Doğa. 458 , 182–185;
  • Lyakhov A.O., Oganov A.R., Stokes H.T., Zhu S. (2013). Evrimsel Yapı Tahmininde Yeni Gelişmeler Algoritma USPEX. Hesap. PHYS. Topluluk. 184 , 1172–1182.

    • - Yeni malzemelerin bilgisayar tasarımı ile uğraşalım. İlk önce, ne? Alan bilgisi? Fikir ve bu yaklaşım ne zaman?

    - Alan oldukça yeni, sadece birkaç yıldır. Kendi başına, yeni malzemelerin bilgisayar tasarımı, birçoğu yıllardır araştırmacılar, teknoloji uzmanları, temel bilim adamlarıdır. Çünkü ihtiyaç duyduğunuz özelliklerle yeni bir malzeme açma süreci, genellikle tüm kurum ve laboratuvarların çoğu yıl veya hatta on yıllar sürer. Bu, hayal kırıklığının sizin için bekleyebileceği çok pahalı bir süreçtir. Yani, her zaman böyle bir materyali icat edemezsiniz. Ancak başarıya ulaştığınızda bile, başarı uzun yıllar çalışma gerektirebilir. Bu hiç uygun değildir, yeni malzemeler, yeni teknolojiler mümkün olduğunca hızlı bir şekilde icat etmek istiyoruz.

    - Böyle bir materyale bir örnek verebilir veya icat edilemedi mi?

    - Evet tabi ki. Örneğin, onlarca yıldır insanlar, zorlu elmasın malzemesinden gelmeye çalışıyorlar. Bu konuda yüzlerce yayın vardı. Bazılarında insanlar, malzemenin firede elmas bulunduğunu, ancak kaçınılmaz olarak, bir süre sonra (genellikle çok fazla değil), bu ifadeler reddedildi ve bir yanılsaması olduğu ortaya çıktı. Şimdiye kadar, böyle bir malzeme bulunamadı ve neden neden açık. Yöntemlerimizle, bunun temelde imkansız olduğunu göstermeyi başardık, bu yüzden zaman kaybı bile yok.

    - ve neden imkansız olduğunu açıklamaya çalışırsanız?

    - Böyle bir özellik, sertlik olarak, belirtilen her malzeme için sonlu bir sınıra sahiptir. Almak mümkün olduğu tüm malzemeleri alırsak, belirli bir küresel üst sınır olduğu ortaya çıkıyor. Bu yüzden bu üst sınırın elmasa karşılık geldiği için oldu. Neden elmas? Çünkü bu yapıda, çeşitli koşullar aynı anda memnundur: Çok güçlü kimyasal bağlar, bu kimyasal bağların çok yüksek bir yoğunluğu ve uzayda eşit dağılmıştır. Bir diğerinden çok daha zor olacağı tek bir yön yoktur, her yöne çok katıdır. Aynı grafit, örneğin, elmastan daha güçlü bağlara sahiptir, ancak tüm bu bağlar aynı düzlemde bulunur ve uçaklar arasında çok zayıf bağlantılar vardır ve bu zayıf yön tüm kristalin yumuşak olmasını sağlar.

    - Yöntem nasıl geliştirildi ve bilim adamları nasıl geliştirmeye çalışıyor?

    "Büyük Edison, bence, buluşu nedeniyle, akkor ampuller:" Ben başarısızlıkta on bin kez acı çekmedim, ancak işe yaramayan on bin yol buldum. " Bu, bilimsel edebiyatta Edison adlı yeni malzemeleri aramanın geleneksel bir tarzdır. Ve bu yöntemden, elbette, insanlar her zaman uzaklaşmak istedi, çünkü nadir bir Edison'tan yok edildi ve Edison Sabır. Ve çok zamanın yanı sıra paradır. Bu yöntem çok bilimsel değil, oldukça bilimsel bir "tyk". Ve her zaman, insanlar bundan uzaklaşmak istedi. Bilgisayarlar ortaya çıktığında ve daha az veya daha az karmaşık görevleri çözmeye başladığında, soru hemen ortaya çıktı: "Tüm bu, çeşitli koşulların, sıcaklıkların, basınçlar, kimyasal potansiyellerin tüm bu kombinasyonları, bunu laboratuvarda bunu yapmak yerine bir bilgisayarda kimyasal bileşimin mümkün mü? " İlk başta, umutlar çok yüksekti. İnsanlar ona biraz iyimser ve öforik baktı, ama yakında tüm bu rüyalar günlük hayata düştü. İnsanların çözmeye çalıştığı yöntemler, prensip olarak elde edilemez.

    - Neden?

    - Çünkü, kristalin yapısındaki atomların çeşitli yerlerinin varyantları sonsuz bir şekildedir ve her birinin tamamen farklı özelliklere sahip olacaktır. Örneğin, elmas ve grafit aynı maddedir ve yapının farklı olması nedeniyle, özellikleri temelde farklıdır. Yani burada elmastan farklı ve grafitten farklı seçenekler, süresiz olarak çok olabilir. Ne başlayacaksın? Nerede duracaksın? Ne kadar devam edecek? Ve hala bir kimyasal bileşim değişkeni girerseniz, o zaman farklı kimyasal bileşimler de, aynı zamanda sonsuz bir şekilde daha da ortaya çıkabilirsiniz ve görev dayanılmaz derecede zorlaşır. Çok hızlı bir şekilde, insanlar geleneksel, bu sorunu çözmek için standart yöntemlerin kesinlikle hiçbir şeye yol açmadığını fark etti. Bu karamsarlık, insanların 60'lardan başladığı ilk umutları tamamen gömdü.

    - Bilgisayar tasarımı hala düşünüyor ya da en azından görsel bir şey gibi hissettim. 60'larda, 70'lerde veya 80'lerde, bu hala bir çözüm görsel değil, ancak matematiksel, yani, daha hızlı sayma, sayma.

    - Anladığınız gibi, bir bilgisayarda numaraları aldığınızda, her zaman görselleştirebilirsiniz, ancak bu sadece bu değil.

    - Genel olarak, bu sadece tekniğin yapılacak hazırlığı hakkında bir soru.

    - Evet. Sayısal hesap astarlanır, çünkü sayılardan her zaman bir resim yapabileceğiniz ve sayının resminden, muhtemelen çok doğru olmasa da. 1980'lerin ortalarından bu yana bir dizi ünlü yayın vardı ve 90'ların ortalarında bitiyor, bu da bizim alanımızdaki kötümser. Örneğin, böyle söylendiği harika bir yayım vardı. basit maddelerGrafit veya Buz gibi, tahmin etmek kesinlikle imkansızdır. Yoksa "Tahmin edilebilir kristalin yapılar" olarak adlandırılan bir makaleydi ve bu makalenin ilk kelimesi "Hayır" idi.

    - "Öngörülebilir mi" anlamına geliyor?


    - Kristal yapısını tahmin etme görevi, yeni malzemelerin tüm tasarımının çekirdeğidir. Yapı, maddenin özelliklerini tanımladığından, ardından maddeyi istenen özelliklerle tahmin etmek için, bileşimi ve yapıyı tahmin etmeniz gerekir. Kristal yapısını tahmin etme görevi aşağıdaki gibi formüle edilebilir: kimyasal bileşimi ayarladığımızı varsayalım, örneğin karbon sabit olduğunu varsayalım. Belirtilen koşullar altında en istikrarlı karbon formu ne olacak? Normal koşullar altında, cevabı biliyoruz - grafit olacak; Yüksek basınçlarda, cevabın elmas olduğunu da biliyoruz. Ancak size verebilecek bir algoritma oluşturmak, çok zor bir görev olarak ortaya çıkıyor. Veya görevi farklı bir şekilde formüle edebilirsiniz. Örneğin, aynı karbon için: Bu kimyasal bileşime karşılık gelen firma yapısı nedir? Elmas elde edilir. Ve şimdi başka bir soru soralım: En yoğun nedir? Görünüşe göre bu da elmas, ama hayır. Karbon şeklinin daha yoğun olduğu ortaya çıkıyor, elmas en azından bilgisayarda icat edilebilir ve prensipte sentezlenebilir. Dahası, bu tür hipotetik formlar var.

    - Yine de?

    - Yine de. Ancak elmasın hizalaması çıkmıyor. Bu tür soruların cevapları, insanlar oldukça yakın zaman almayı öğrendi. Geçenlerde algoritmalar ortaya çıkan programlar ortaya çıktı. Bu durumda, aslında, tüm araştırma alanı 2006 çalışmamızla bağlantılı. Bundan sonra, diğer birçok araştırmacı da bu göreve katılmaya başladı. Genel olarak, şimdiye kadar şampiyonluğun avucunu kaçırmazız ve daha fazla yeni yöntem, yeni ve yeni malzemeler icat ediyoruz.

    - "Biz Kimiz?

    - Bu ben ve öğrencilerim, lisansüstü öğrencilerim ve araştırmacılarım.

    - Açık olabilmek için, çünkü "biz" - çok değerlidir, bu durumda polistik, farklı şekilde algılanabilir. Ve devrimci nedir?

    - Gerçek şu ki, insanların bu görevin sonsuz karmaşık bir kombinatoryal problemiyle ilişkili olduğunu, yani en iyi, sonsuz şekilde seçmeniz gereken seçeneklerin sayısı ile ilişkili olduğunu fark etmeleridir. Bu görev nasıl çözebilir? Evet Hayır Basitçe uymaz ve rahat hissetmeyebilirsiniz. Ancak, bu görevin, evrime dayanarak bir şekilde oldukça verimli bir şekilde çözülebileceğini bulduk. Bu, ardışık yaklaşımların yöntemi, başlangıçta zayıf çözümlerden, daha fazla ve daha gelişmiş çözümlere tutarlı iyileşme yöntemine vardıkça, bu da söylenebilir. Bunun yapay bir zeka yöntemi olduğu söylenebilir. Birkaç varsayım kılan yapay zeka, bazıları reddedildi ve en inanılır, en ilginç yapılar ve kompozisyonlardan daha da ilginç tasarlanmıştır. Yani, kendi tarihini okuyor, çünkü yapay zeka olarak adlandırılabilir.

    - Nasıl icat ettiğinizi, belirli bir örnekte yeni malzemeleri icat etmeyi anlamak istiyorum.

    - Hadi aynı karbon örneğinde tarif etmeye çalışalım. En çok hangi tür karbon formunu tahmin etmek istiyorsunuz. Az sayıda rastgele karbon yapısı verilir. Bazı yapılar, detaylı moleküllerden dolandırıcılıklardan oluşacaktır; Bazı yapılar, grafit olarak katmanlardan oluşacaktır; Bazıları karbinler olarak adlandırılan karbon zincirlerinden oluşacaktır; Bazı üç boyutlu, bir elmas (ancak sadece bir elmas değil, bu tür yapılar sonsuz bir şekilde çok fazla). Başlangıçta ilk başta bu tür yapıları oluşturursunuz, sonra yerel optimizasyon yaparsınız ya da "rahatlama" diyoruz. Yani, atomları, atomun üzerindeki gerçekleşen kuvveti sıfırlamayana kadar hareket ettirirsiniz, bu, yapıda tüm voltajlar ideal türlerine girinceye kadar kaybolana kadar veya en iyi yerel formunu alamaz. Ve bu yapı için, sertlik gibi özellikleri beklersiniz. Fullerenlerin sertliğine bakıyoruz. Güçlü bağlantılar var, ancak sadece molekülün içinde. Moleküllerin kendileri çok zayıf bir şekilde bağlı, bunun sayesinde sertlik neredeyse sıfırdır. Grafit'e bakın - aynı hikaye: Katmanlar içindeki güçlü bağlantılar, katmanlar arasında zayıf ve sonuç olarak, madde çok kolay parçalanır, çok küçük olacaktır. Fullerenler veya karbinler veya grafit gibi maddeler çok yumuşak olacaktır ve hemen onları reddediyoruz. Kalan karbon yapıları, üç boyutlu, her üç boyutta üç boyutlu, güçlü bir bağdır, bu yapılardan en çok katı seçer ve bağlı ortaklıklar üretmenizi sağlar. Nasıl görünüyor? Bir yapıyı kullanıyoruz, başka bir yapı alıyoruz, onları parçalara ayırıyoruz, onları bir araya getiriyoruz, tasarımcının olduğu gibi, tekrar rahatla, yani tüm stresleri terk etme fırsatı veriyoruz. Mutasyonlar var - bu, ebeveynlerden yavrular yapmanın başka bir yoludur. En sağlam yapılardan birini alırız ve mutid, örneğin, bazı bağlantıların sadece orada patlaması için büyük bir vardiya stresi uyguluyoruz ve diğerleri, yeni, diğerleri. Veya bu zayıflığın sistemden çıkarılması için yapının en zayıf yönlerinde atomları kaydırın. Böylece üretilen yapılar ürettiğimiz yapılar, yani iç gerilmeleri gideririz ve ondan sonra tekrar mülkleri tahmin ettik. Sağlam bir yapı aldığımız, mutasyona uğradığımız ve yumuşak hale geldiğine ve grafit olarak yumuşak hale geldi. Hemen böyle bir yapıyı emiyoruz. Ve sağlam olanlardan yine "çocuklar" üretir. Ve bu yüzden adım adım, nesil nesillerle tekrarlayın. Ve oldukça hızlı bir şekilde elmas geldik.

    - Aynı zamanda, yapıyı reddettiğimiz, karşılaştırdığımız, bağlandığımız ve değiştirdiğimiz anlar, yapay zeka yapar, program mı? İnsan değil mi?

    - Bu programı yapar. Eğer yaptıysak, Kashchenko'da olurduk, çünkü bu, yapacak bir kişiye ihtiyaç duymayan ve oldukça bilimsel nedenlerden dolayı çok sayıda operasyondur. Bir insanın doğduğu, çevredeki dünyadan deneyimini emer ve bu deneyimden bir tür önyargı geliyor. Simetrik bir yapı görüyoruz - şöyle diyoruz: "Bu iyi"; Asimetrik görüyoruz - "Bu kötü." Ancak doğa için bazen olur ve bunun tersi de geçerlidir. Yöntemimiz insan öznelliğinden ve önyargısız olmalıdır.

    - Bu doğru, ne tarif ettiğinizi anladığınızı anladığınızı anlıyorum, bu görev, bazı düzenli ulusötesi şirketi tarafından belirlenen oldukça özel görevlerin çözümü olarak çok fazla temel bilimin formüle edilmediğini mi düşünüyorsunuz? Bu yüzden yeni bir çimentoya ihtiyacımız var, böylece daha viskoz, daha yoğun ya da aksine, daha fazla sıvıdır.

    - Bir şey değil. Aslında, eğitimimdeki temel bilimlerden geldim, tüm temel bilimlerden sonra incelendi, uygulanmadı. Artık uygulamalı görevleri çözmekle ilgileniyorum, özellikle de icat ettiğim metodoloji, çok geniş bir spektrumun en önemli uygulamalı görevleri için geçerlidir. Ancak başlangıçta bu yöntem temel görevleri çözmek için icat edildi.

    - Ne tür?

    - Uzun süre fizik ve yüksek basınçlı kimya ile uğraştım. Bu, birçok ilginç keşiflerin deneysel olarak yapıldığı bir alandır. Ancak deneyler karmaşıktır ve zamanla çok sık deneysel sonuçlar yanlış olduğu ortaya çıktı. Deneyler pahalı, işçilik yoğun.

    - Örnek vermek.

    - Örneğin, uzun süredir Sovyet ve Amerikan bilimcileri arasında bir yarış vardı: İlk metal hidrojeni basınç altında alacak. Sonra, örneğin, basınç altındaki birçok basit elemanın (bu, metal bir dönüşümdür) metal geçiş yaparak ortaya çıktı. Örneğin, potasyum alırsınız: değerlik kılıfındaki potasyum sadece bir s-elektrondur, bu nedenle basınç altında bir D-elemanı haline gelir; S-Orbital boş ve gereksiz D-orbital bu tek elektron tarafından çözülür. Ve bu çok önemlidir, çünkü potasyum, geçiş metali haline gelir, daha sonra örneğin sıvı demirde girme fırsatı alır. Neden önemlidir? Çünkü şimdi küçük miktarlarda potasyumun dünyanın çekirdeğinin bir parçası olduğuna ve bir ısı kaynağı olduğuna inanıyoruz. Gerçek şu ki, potasyum izotoplarından biri (radyoaktif potasyum-40), bugün dünyadaki ana ısı üreticilerinden biridir. Potasyum, Dünya'nın çekirdeğine dahil edilmezse, o zaman dünyadaki yaşam çağındaki fikrimizi tamamen değiştirmeliyiz. manyetik alan,, dünyanın çekirdeğinin tarihi ve diğer birçok ilginç şey. İşte simya dönüşümü - S-elementleri D-Elements olur. Maddeyi sıktığınızda yüksek basınçlarda, sıkıştırma için harcadığınız enerji, er ya da geç enerjiyi aşıyor kimyasal bağ Atomlarda interborbital geçişlerin enerjisi. Ve bu nedenle, atomun elektronik yapısını ve maddenizdeki kimyasal bağın türünü kökten değiştirebilirsiniz. Tamamen yeni maddeler türleri oluşabilir. Ve bu gibi durumlarda standart kimyasal sezgi çalışmıyor, yani kimya derslerinde okul tezgahından öğrendiğim kurallar, basınç oldukça büyük miktarlara ulaştığında, Tartarara'ya uçuyorlar. Yöntemimizi kullanarak hangi tür şeylerin öngördüğünü ve daha sonra deneysel olarak kanıtlandığını söyleyebilirim. Bu yöntem ortaya çıktığında, tüm şok için oldu. En ilginç çalışmalardan biri, sodyum elemanla ilişkilendirildi. Sodyum sodyum sodyum yaklaşık 2 milyon atmosfer (bu arada, dünyanın ortasındaki baskı neredeyse 4 milyon atmosfer olur ve böyle bir baskı alabilirsiniz), daha fazla metal olmayacağını tahmin ettik. Dielektrik, ayrıca, şeffaf ve kırmızı renkler. Bu tahmin yaptığımızda, kimse inanmadım. Bu sonuçları gönderdiğimiz Doğa Dergisi, bu makaleyi dikkate almak için bile reddetti, buna inanmanın imkansız olduğunu söylediler. Bana inandığımın imkansız olduğunu söyleyen Mikhail Yeremtsz Grubu'ndan deneycilerle iletişim kurdum, ancak saygıdan hala böyle bir deney yapmaya çalışacaklar. Ve bu deney, tahminlerimizi tam olarak doğruladı. Bor elemanının yeni fazının yapısı tahmin edildi - bu eleman için firma yapısı, en sağlam bilinen insanlıklardan biri. Ve orada, farklı bor atomlarının farklı bir elektrik yüküne sahip olduğu ortaya çıktı, yani aniden farklı olurlar: bazı olumlu, bazıları olumsuz olarak tahsil edildi. Bu makale, yaklaşık üç yıl boyunca neredeyse 200 kez alıntı yapıldı.

    - Bunun temel bir görev olduğunu söylediniz. Yoksa her şeyden önce tüm temel görevlerden ve son zamanlarda karar veriyor musunuz - bazı pratik sorular? Sodyum ile tarih. Ne için? Yani, oturdunuz, oturdunuz ve alacağımı düşündünüz - Sodyum alacağım, belki de 2 milyon atmosferde hasta mı?

    - Kesinlikle bu şekilde değil. Elemanların kimyasını daha iyi anlamak için yüksek basınçlı elemanların davranışlarını incelemek için bir hibe aldım. Yüksek basınç altında deneysel veriler hala çok parçalanmıştır ve elementlerin ve kimyaların basınç altında nasıl değiştiğini anlamak için tüm periyodik tabloyu az ya da çok tasarruf etmeye karar verdik. Özellikle, özellikle basınç altında oksijendeki süper iletkenliğin doğası hakkında bir takım makale yayınladık, çünkü basınç altında oksijen bir süper iletken haline gelir. Bir dizi başka unsurlar için: alkalin elemanları veya alkalin toprak elemanları vb. Fakat en ilginç olan, muhtemelen, sodyumda ve delikte yeni fenomenlerin keşfedilmesiydi. Bu, belki de bizi en çok şaşırtan iki unsur vardı. Böylece başladık. Ve şimdi çözümlere ve pratik görevlere geçtik, Intel, Samsung, Fujitsu, Toyota, Sony gibi şirketlerle işbirliği yapıyoruz. Toyota, bildiğim kadarıyla, yöntemimizin yardımıyla yakın zamanda lityum piller için yeni bir malzeme icat etti ve bu malzemeyi pazara üretecek.

    - Yönteminizi aldılar, materyallerin arama teknolojisini aldılar, ama sen değil mi?

    - Evet tabi ki. Kendimizi yüke empoze etmiyoruz ve tüm araştırmacılara yardım etmeye çalıştık. Programımız kullanmak isteyen herkes için mevcuttur. Şirketlerin programı kullanma hakkı için ödeme yapması gerekir. Akademik bilimde çalışan bilim adamları ücretsiz olarak, web sitemizden indirerek ücretsizdir. Programımızın dünya çapında neredeyse 2 bin kullanıcıya sahip. Ve kullanıcılarımızın başarılması güzel olduğunu gördüğümde çok memnunum. Sahibim, grubumun keşifleri, eserleri, onun görüşleriyle yeterince fazla var. Diğer gruplardaki aynı şeyi gördüğümüzde, sadece memnun ediyor.

    Radyo Rus Haber Servisi'ndeki "Postnokuka" radyo iletimi temelinde malzeme hazırlanır.

    Dünyanın teoriklerinin en çok koten mineraloglarından biri olan Artem Oganov, bize çok uzun zaman önce ulaşılamayacak olan bilgisayar tahmininden bahsetti. Önceden, bu görev, yeni malzemelerin bilgisayar tasarımı sorununun çözülmemiş bir kristal yapıların sorunu olarak kabul edildiğinden karar vermek mümkün değildi. Ancak Oganova'nın ve meslektaşlarının çabaları sayesinde bu rüyaya yaklaşmayı başardı ve onu gerçeğe dönüştürmeyi başardı.

    Neden bu görev önemlidir: Daha önce, yeni maddeler çok uzun zamandır ve çok fazla çaba ile geliştirilmiştir.

    Artem Oganov: "Deneyimler laboratuvara gidiyor. Çeşitli maddeleri farklı sıcaklıklarda ve basınçlarda karıştırın. Yeni maddeler al. Özelliklerini ölçün. Kural olarak, bu maddeler herhangi bir ilgi göstermez, reddedilir. Ve deneyciler, biraz farklı bir kompozisyonla, diğer koşullar altında biraz farklı bir madde elde etmek için tekrar deniyorlar. Ve bu yüzden adım adım, hayatınızı bu yıllar için harcadığımız birçok başarısızlığın üstesinden geldik. Bir malzeme elde etme, harcama umuduyla araştırmacıların büyük miktar Çaba, zamanın yanı sıra paradır. Bu işlem yıllar alabilir. Ölen bir uç olabilir ve asla istenen malzemenin açılmasına yol açmaz. Ancak başarıya yol açtığında bile bu başarı çok pahalı bir fiyatla verilir. "

    Bu nedenle, hatasız tahminler yapabilecek böyle bir teknolojiyi oluşturmak gerekir. Yani, laboratuvarlarda deney yapmamak, ancak belirli koşullar altında hangi materyalin hangi malzemelerin sahip olacağı özelliklere sahip olacağını tahmin etmek için görevi bilgisayara vermek. Ve bilgisayar, sayısız seçeneği çevirerek, hangi tür bir kimyasal bileşimin ve hangi kristal yapının belirtilen gereksinimlere cevap vereceğini yanıtlayabilecektir. Sonuç, istenen malzemenin mevcut olmadığı şekilde olabilir. Ya da yalnız değil.
    Ve sonra ikinci zorluk ortaya çıkan, çözümü henüz değil: bu materyali nasıl elde edilir? Yani, kimyasal bileşim, kristal yapısı anlaşılabilirdir, ancak örneğin endüstriyel ölçekte, bunu uygulama imkanı yoktur.

    Tahmin Teknolojisi

    Asıl şey, tahmin etmenin gerekli olmasıdır, bir kristal yapısıdır. Önceden, bu sorunu çözmek mümkün değildi, çünkü uzayda atomların yeri için birçok seçenek var. Ancak ezici kısım herhangi bir ilgiyi temsil etmiyor. Alandaki atomların bu düzenlemeleri, yeterince sağlam olan ve araştırmacı için gereken özelliklere sahip olan önemlidir.
    Bu özelliklerin ne olduğu: Yüksek veya düşük sertlik, elektriksel iletkenlik ve termal iletkenlik vb. Kristal yapısı önemlidir.

    "Sizce, aynı karbon hakkında, elmas ve grafite bir göz atın. Kimyasal olarak bu aynı maddedir. Ancak özellikler tamamen farklı. Siyah Süper Güçlendirici Karbon ve Şeffaf Süper Hard Pırlanta, - Aralarındaki farkı belirler? Bu kristal yapısıdır. Onun bir maddesinden kaynaklanıyor Superhard, diğeri süper olabilir. Biri pratik olarak metalin bir iletkendir. Bir diğeri bir dielektriktir. "

    Yeni bir materyali tahmin etmeyi öğrenmek için önce kristal yapısını tahmin etmeyi öğrenmelisiniz. Bunun için Ohanov ve 2006 yılında meslektaşları için evrimsel bir yaklaşım önerildi.

    "Bu yaklaşımda, tüm sonsuz birçok kristal yapıyı denemeye çalışmıyoruz. Adım adım, içindeki küçük bir rastgele örnekle başlayan, en kötüsü, en kötüsü, en kötüsü, mümkün olan en kötüsü. Ve en iyisinden, iştirakler üretiyoruz. Bağlı ortaklıklar, kompozisyonun çeşitli yapısal özelliklerini iki ebeveynden birleştirdiğimiz kalıtımla farklı mutasyonlar veya rekombinasyonlarla yapılır. Bunun bir iştiraki, bir iştiraki, bir iştiraki olan bir iştirakidir. Bu bağlı ortaklıklar da değerlendirilir. Örneğin, istikrarda veya sizi ilgilendiren kimyasal veya fiziksel özellik ile. Ve elverişsiz ifade edilenler, attık. Umut edenler, yavrular üretme hakkını alırlar. Gelecek neslin bir mutasyon veya kalıtım üretiyoruz. "

    Bu yüzden adım adım, bilim adamları bunun bakış açısından onlar için en uygun malzemeye yaklaşır. fiziksel özellik. Bu vaka çalışmasında evrimsel yaklaşım, Darwinian Evrim Teorisi'nin yanı sıra, bu özellik veya stabilite açısından en uygun olan kristal yapılar ararken, bu Yoganov ve meslektaşlarının bu ilkesi bir bilgisayarda gerçekleştirilir.

    "Ben de söyleyebilirim (ama holiganizmin eşiğinde biraz var), bu yöntemi (bu arada, kalkınma devam ediyor. Daha fazla ve daha fazla gelişti), farklı evrim yollarıyla deney yaptık. . Örneğin, iki ebeveynden bir çocuk üretmeye çalıştık, ancak üç ya da dört arasında. Ayrıca, yaşamda olduğu gibi, iki ebeveynden bir çocuktan en iyi şekilde üretmek için ortaya çıktı. Bir çocuğun iki ebeveyni var - baba ve anne. Üç, dört değil, yirmi dört değil. Bu hem doğada hem de bilgisayarda iyimser. "

    Yoganov, yöntemini patentledi ve şimdi dünya çapında neredeyse binlerce araştırmacının ve Intel, Toyota ve Fujitsu gibi en büyük bir şirketten hoşlanıyorlar. Örneğin, Oganova'ya göre Toyota, bu yöntemin yardımıyla hibrit araçlar için kullanılacak lityum piller için yeni bir malzeme icat etti.

    Diamma sorunu

    Elmasın sertlik kayıt sahibi olduğuna inanılıyor, tüm uygulamalar için en uygun superhard malzemedir. Ancak, bu durum değil, çünkü beze içinde, örneğin, çözünür, ve oksijen ortamında yüksek sıcaklıklar Aydınlatılmış. Genel olarak, daha zor elmas olacak malzeme arayışı, birçoğu yıldır insanlığı endişeli.

    "Grubum tarafından yürütülen basit bir bilgisayar hesaplaması, böyle bir malzemenin olamayacağını gösteriyor. Aslında, alternatif elmas sadece bir elmas olabilir, ancak nano-kristalin formda olabilir. Devletteki sertlik elmasını yenmek için diğer malzemeler. "

    Oganova grubunun bir başka yönü, elektrik enerjisini depolamak için süper kapasitörlerin temeli olarak hizmet edebilecek yeni dielektrik malzemelerin yanı sıra bilgisayar mikroişlemcilerinin daha da minyatürleştirilmesi içindir.
    "Bu minyatürleşme aslında engelleri karşılar. Çünkü mevcut dielektrik malzemeler zayıf bir elektrik masrafları tutulur. Sızıntı var. Ve daha fazla minyatürleşme imkansızdır. Silisonda tutulan bir malzeme alabilirsek, ancak aynı zamanda sahip olduğumuz malzemelerden çok daha yüksek bir dielektrik sabiti vardır, bu görevi çözebiliriz. Ve bu yönde de yeterince ciddi tanıtımımız var. "

    Ve Yoganov'u yapan son şey, yeni ilaçların gelişimidir, bu da tahminleridir. Bu, bilim adamlarının kristallerin yüzeyinin yapısını ve kimyasal bileşimini tahmin etmeyi öğrendikleri nedeniyle mümkündür.

    "Gerçek şu ki, kristalin yüzeyinin genellikle kristalin çok özünden farklı bir kimyasal bileşime sahiptir. Yapı da çok sık farklıdır. Ve basit olan yüzeylerin inert oksit kristalleri (magnezyum oksit gibi) çok ilginç iyonlar (iyon peroksit gibi) içerdiğini gördük. Ayrıca, üç oksijen atomundan oluşan ozona benzer gruplar içerirler. Bu, son derece ilginç ve önemli bir gözlem açıklar. Bir kişi, inert, güvenli ve zararsız görünen, bu partiküllerin ince bir oksit mineral parçacıklarını soluduğunda, bu parçacıklar zalim bir şaka yapar ve akciğer kanserinin gelişimine katkıda bulunur. Özellikle, kanserojen maddenin, yalnızca inert olan asbest olduğu bilinmektedir. Bu nedenle, bu tür minerallerin asbest ve kuvars (özellikle kuvars) yüzeyinde, kanserin oluşumunda ve gelişmesinde kilit bir rol oynayan iyonlar peroksit oluşturulabilir. Tekniğimizin yardımı ile, bu tür parçacıkların oluşumunun önlenebileceği koşulları tahmin etmek de mümkündür. Yani, akciğer kanserinin tedavisini ve uyarısını bile bulmak için umut var. Bu durumda, sadece akciğer kanseri hakkında konuşuyoruz. Ve tamamen beklenmedik bir taraftan, araştırmamızın sonuçları, akciğer kanserini anlama ve hatta iyileştirme ya da iyileştirme fırsatı verdi. "

    Özetliyorsa, kristal yapıların tahmini hem mikroelektronik hem de farmasötikler için malzemelerin tasarımında önemli bir rol oynayabilir. Genel olarak, böyle bir teknoloji geleceğin teknolojisinde yeni bir yol açar, yoğandan eminim.

    Laboratuar Artemia'nın diğer talimatlarını referans olarak okuyabilirsiniz, ancak onun kitabını tanımak için Kristal Yapı Tahmininin Modern Yöntemleri