新算法在所有可能的化合物中预测最佳材料

时间:2020-05-16 19:36 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

新算法在所有可能的化合物中预测最佳材料

Skoltech的研究人员提供了一种解决方案,在所有可能的化学元素组合中寻找具有所需属性的材料。这些组合实际上是无穷无尽的,每一种都有无数种可能的晶体结构;无论是在实验中还是在硅材料中,对它们进行测试并选择最佳选择(例如,最坚硬的化合物)都是不可行的。Skoltech教授Artem R. Oganov和他的博士生Zahed Allahyari开发的计算方法解决了这个理论材料科学的主要问题。Oganov和Allahyari在MendS code(代表Mendelevian搜索)中介绍了他们的方法,并在超硬和磁性材料上进行了测试。

“2006年,我们开发了一种算法,可以预测给定化学元素固定组合的晶体结构。然后,我们通过教会它不用特定的组合就能工作,从而增强了它的预测能力——因此,一个计算就能给出给定元素的所有稳定化合物及其各自的晶体结构。新方法解决一个更雄心勃勃的任务:在这里,我们选择一个精确的化合物和甚至特定的化学元素,而,我们搜索所有化学元素的所有可能的组合,考虑所有可能的晶体结构,并找到那些需要的属性(例如,最高硬度或最高磁化)“Oganov表示Skoltech和初期教授,皇家化学学会的会员和学术界欧洲公司的成员。

研究人员首先确定,建立一个抽象的化学空间是可能的,这样,在这个空间里相互接近的化合物就会有类似的性质。因此,所有具有特殊性质的材料(例如,超硬材料)都将集中在特定区域,而进化算法将特别有效地找到最佳材料。Mendelevian搜索算法通过双重进化搜索:对于化学空间中的每一点,它都在寻找最佳的晶体结构,与此同时,这些已发现的化合物相互竞争、配对并在最佳晶体的自然选择中发生突变。

为了测试这种新方法的有效性,科学家们让他们的机器完成一项任务,即找出最坚硬材料的成分和结构。他们的算法返回了钻石,这使得对物质的追求比钻石更困难,陷入了死胡同。此外,该算法还预测了几十个硬相和超硬相,包括大多数已知的材料和一些全新的材料。

这种方法可以加速寻找破纪录的材料,并带来新的技术突破。有了这些材料,科学家可以创造全新的技术,或者提高旧技术的效率和可用性。

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