新的进化算法在所有可能的化合物中预测最佳材料

时间:2020-05-25 19:00 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

新的进化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。

在2006年,我们开发了一种可以预测给定化学元素固定组合的晶体结构的算法。然后,我们通过教会它在没有特定组合的情况下工作,增强了它的预测能力。一个计算就能给出所有给定元素的稳定化合物以及它们各自的晶体结构。新方法解决了一个更为艰巨的任务:在这里,我们既没有选择精确的化合物,甚至也没有选择特定的化学元素;相反,我们搜索所有化学元素的所有可能组合,考虑到所有可能的晶体结构,并找到那些具有所需属性的元素(例如,最高硬度或最高磁化强度)”皇家化学学会成员、欧洲科学院院士、Skoltech和MIPT教授Artem Oganov说。

研究人员首先发现,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。

在所有可能的化合物空间中寻找最佳材料的共同进化研究;Zahed Allahyari和Artem R. Oganov, 2020年5月14日,npj计算材料。

DOI: 10.1038 / s41524 - 020 - 0322 - 9

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