Computersimulation von Kristallstrukturen USPEX
Computersimulation von Kristallstrukturen USPEX.
Die Methode der Computersimulation von Kristallstrukturen USPEX ermöglicht es, die Kristallstruktur von Materialien unter beliebigen Druck- und Temperaturbedingungen nur auf der Grundlage der Kenntnis der chemischen Zusammensetzung des Materials vorherzusagen.
Computersimulation von Kristallstrukturen USPEX
Computersimulation von Kristallstrukturen USPEX:
Wissenschaftler haben sich entwickelt Computermodelle der Kristallstrukturen aus verschiedenen Materialien USPEX.
Die Methode der Computersimulation von Kristallstrukturen USPEX ermöglicht es, die Kristallstruktur vorherzusagen von Materialien unter beliebigen Druck- und Temperaturbedingungen nur auf der Grundlage der Kenntnis der chemischen Zusammensetzung des Materials (d.h.. nur aufgrund der Kenntnis der Namen von chemischen Elementeninbegriffen in Material), und auch zu suchen Materialien mit dem notwendigen physischen (mechanisch, elektronisch) Eigenschaften.
Die USPEX-Methode sagt zusätzlich zu den üblichen Kristallstrukturen voraus Materialien und auch die Struktur der folgenden Materialien: Nanopartikel, Polymere, Oberflächen, Korngrenzen, 2D-Kristalle, molekulare Kristalle (einschließlich solcher, die sehr komplexe Moleküle enthalten). Er sagte auch die Kristallstruktur stabiler Verbindungen voraus, und metastabil.
Vorhersage von Kristallstrukturen löst ein wichtiges wissenschaftliches Problem der Suche von Materialien mit gewünschten Eigenschaften und untersuchen ihre Eigenschaften unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen (d.h.. unter Bedingungen hoher und extremer Temperaturen und Drücke). Traditionell, Dies wurde durch eine Reihe von Tests und Experimenten gelöst.
Die USPEX-Methode schließt verschiedene lange und kostspielige Tests und Experimente aus, um das Notwendige zu finden Substanz und Struktur. Dadurch können Wissenschaftler Ihre Ressourcen und Zeit erheblich sparen.
Die USPEX-Methode ist als Computerprogramm und als spezieller evolutionärer Algorithmus implementiert, Die Essenz davon läuft darauf hinaus, die stabilste Struktur zu finden, d.h.. zur Berechnung eines solchen Materiezustands, der den niedrigsten hat Energie. In dem Algorithmus verwendet USPEX die Theorie der Dichtefunktionalität, das erlaubt zu vereinfachen die Berechnungen.
Evolutionärer Ansatz Der Algorithmus USPEX beinhaltet zunächst die Erzeugung einer kleinen Anzahl von Strukturen und deren Berechnung Energie. Versionen der Strukturen mit der höchsten Energie (und daher am wenigsten stabil) werden aus weiteren Berechnungen entfernt. Strukturen mit dem niedrigsten Energie (und daher am stabilsten) werden verwendet, um ähnliche Strukturen zu erzeugen, die auch auf die gleiche Weise berechnet werden. Gleichzeitig erzeugt ein zufälliger Algorithmus zur Fortsetzung der Suche eine neue Struktur (d.h.. neue Populationen) für die entsprechenden Berechnungen. So, der Zyklus der Suchstruktur mit der niedrigsten Energie wird immer wieder wiederholt, solange die Suchaufgabe fehlschlägt.
Da die Aufgabe, die richtige Struktur zu finden der Materie erfordert das Durchlaufen von Milliarden und Abermilliarden von Optionen, und daher zeitaufwändig und die traditionellen Algorithmen können damit nicht umgehen, der USPEX-Algorithmus basiert auf einem evolutionären Ansatz, schnell die gewünschte Option finden.
Damit, Wissenschaftler verwenden zunächst die Methode USPEX in 2014 wurde theoretisch die Existenz einer bisher unbekannten stabilen Borverbindung und Manganborid von Mangan mit der Formel MnB3 vorhergesagt. In der Zukunft, das Vorhandensein davon Verbindung wurde experimentell bestätigt.
Links zu Quellen:
Hier sind die Links zu den Quellen:
https://uspex-team.org/ru/uspex/overview ; https://biomolecula.ru/articles/laboratoriia-kompiuternogo-dizaina-materialov-chto-mozhet-dat-uspex#source-1 .
Hinweis: © Foto ,
