Kiderakenteiden tietokonesimulaatio USPEX

Kiderakenteiden tietokonesimulaatio USPEX.

USPEX-kristallirakenteiden tietokonesimulaatiomenetelmä antaa mahdollisuuden ennustaa materiaalien kiderakenne mielivaltaisissa paine- ja lämpötilaolosuhteissa vain materiaalin kemiallisen koostumuksen perusteella..

Kiderakenteiden tietokonesimulaatio USPEX

Viitteet


Kiderakenteiden tietokonesimulaatio USPEX:

Tutkijat ovat kehittäneet kristallirakenteiden tietokonemallit eri materiaaleista USPEX.

Menetelmä kristallirakenteiden tietokonesimulointiin USPEX avulla voidaan ennustaa kiteiden rakenne materiaaleja mielivaltaisissa paineen ja lämpötilan olosuhteissa vain materiaalin kemiallisen koostumuksen perusteella (ts. vain nimien tuntemuksen perusteella kemiallisten alkuaineidensisältyy materiaalia), ja myös etsiä materiaaleja tarvittavan fyysisen kanssa (mekaaninen, sähköinen) ominaisuudet.

USPEX-menetelmä ennustaa kristallirakenteet tavallisten lisäksi materiaaleja ja myös seuraavien materiaalien rakenne: nanohiukkaset, polymeerit, pinnoille, viljan rajat, 2D-kiteet, molekyylikiteitä (mukaan lukien ne, jotka sisältävät hyvin monimutkaisia ​​molekyylejä). Hän ennusti myös stabiilien yhdisteiden kiderakenteen, ja metastabiili.

Kristallirakenteiden ennustaminen ratkaisee etsinnän tärkeän tieteellisen ongelman materiaaleja haluttuilla ominaisuuksilla ja tutkia niiden ominaisuuksia tietyissä lämpötila- ja paineolosuhteissa (ts. korkeissa ja äärimmäisissä lämpötiloissa ja paineissa). Perinteisesti, tämä ratkaistiin suorittamalla sarja testejä ja kokeita.

USPEX-menetelmä sulkee pois erilaiset pitkät ja kalliit testit ja kokeet tarvittavan löytämiseksi aine ja rakenne. Sen avulla tutkijat voivat säästää resursseja ja aikaa merkittävästi.

USPEX-menetelmä on toteutettu tietokoneohjelmana ja erityisenä evoluutioalgoritmina, jonka ydin on löytää vakain rakenne, ts. sellaisen aineen tilan laskemiseen, jolla on pienin energiaa. USPEX käyttää algoritmissa funktionaalisen tiheyden teoriaa, mikä mahdollistaa yksinkertaistamisen laskelmat.

Evoluutiolähestymistapa USPEX-algoritmi käsittää ensin pienen määrän rakenteiden luomisen ja niiden laskemisen energiaa. Suurimman energian rakenteiden versiot (ja siksi vähiten vakaa) poistetaan muista laskelmista. Rakenteet, joilla on alhaisin energiaa (ja siksi vakain) käytetään vastaavien rakenteiden luomiseen, jotka lasketaan myös samalla tavalla. Samalla satunnainen algoritmi haun jatkamiseksi luo uuden rakenteen (ts. uusia populaatioita) asianmukaisia ​​laskelmia varten. Täten, alhaisimman hakurakenteen sykli energiaa toistetaan uudestaan ​​ja uudestaan, kunhan hakutoiminto epäonnistuu.

Koska tehtävänä on löytää oikea rakenne aineesta vaatii iterointia miljardien ja miljardien vaihtoehtojen kautta, ja siksi aikaa vievä ja perinteiset algoritmit eivät kestä sitä, evoluutio-lähestymistapaan perustuva USPEX-algoritmi, löytää haluamasi vaihtoehto nopeasti.

Niin, tutkijat käyttivät alun perin USPEX - menetelmää vuonna 2014 teoreettisesti ennustettiin aiemmin tuntemattomien stabiilien booriyhdisteiden ja mangaaniboridin olemassaolo kaavalla MnB3. Tulevaisuudessa, tämän läsnäolo yhdiste vahvistettiin kokeellisesti.

Linkit lähteisiin:

Tässä ovat linkit lähteisiin:

https://uspex-team.org/ru/uspex/overview ; https://biomolecula.ru/articles/laboratoriia-kompiuternogo-dizaina-materialov-chto-mozhet-dat-uspex#source-1 .

Huomautus: © Kuva ,