Mokslo ir technologijų pasaulis

Stony Brook universiteto (JAV) tyrėjai – geomokslų ir fizikos profesorius Artiomas Oganovas (Artem Oganov) kartu su kolega Andrejumi Liakovu (Andriy Lyakhov) – sukūrė algoritmą, kuris leidžia numatyti naujas itin kietas medžiagas. Mokslininkų darbas publikuotas naujausiame žurnalo „Physical Review B“ numeryje.

Itin kietos medžiagos, naudojamos daugelyje mokslinių ir technologinių sričių (pavyzdžiui, kaip abrazyvinės įvairių įrankių dangos), sudaro ganėtinai nedidelę junginių klasę. Žymiausi šios klasės atstovai – deimantas bei kubinis boro nitridas. Tačiau ir deimantas ir kubinis boro nitridas nėra stabilūs esant aukštai temperatūrai, tad šis trūkumas apriboja potencialų jų pritaikymą. Taigi, mokslininkus domina naujų itin kietų medžiagų paieška. Nepaisant daugybės pastangų, pažanga šioje srityje menka. „Tradicinis bandymų ir nesėkmių metodas paprastai reiškia, jog teks daug prasikankinti, o garantijos dėl darbo vaisių nėra“, – aiškina profesorius A. Oganovas.

A. Liakovas ir A. Oganovas siūlo tokių medžiagų paieškai naudoti superkompiuterius. Mokslininkai šiam reikalui sugalvojo specialų hibridinį evoliucinį algoritmą ir išbandė jį su keliomis daug žadančiomis sistemomis, pavyzdžiui, anglimi bei anglies nitridu (daugelis mokslininkų yra įsitikinę, jog pastarasis junginys savo kietumu pralenks deimantą). Gauti rezultatai įrodo naujojo algoritmo pajėgumą ir patvirtina, jog deimantas yra kiečiausia anglies atmaina ir kol kas kiečiausia medžiaga. Skaičiavimai atskleidė ir kitokias kietosios anglies struktūras, kurios tik šiek tiek nusileidžia deimantui. Taip pat buvo parodyta, jog anglies nitridas negali būti kietesnis už deimantą.

Kita galima algoritmo pritaikymo sritis yra prieštaringų eksperimentų duomenų įvertinimas. Pavyzdys – tyrėjai nuvainikuoja titano oksidą (TiO₂) kaip kiečiausią žinomą oksidą. Siūlymą, jog aukšto slėgio veikiamas titano oksidas yra kiečiausias tokios klasės atstovas, pateikė švedų tyrėjai itin dažnai cituotame 2001 metų prestižinio žurnalo „Nature“ straipsnyje. Vis dėlto skaičiavimai rodo, kad visos galimos titano oksido formos yra gerokai minkštesnės už paprastą korundą (Al₂O₃), tad 2001 metų eksperimentinius duomenis reiktų peržvelgti iš naujo. Naujausi tyrimai, kuriuos atliko Jeilio universiteto (JAV) bei Tokijo universiteto (Japonija) specialistai atskleidžia panašią tendenciją. Artimiausiu laiku tyrėjai ketina savo algoritmą taikyti perspektyvioms sistemoms, pavyzdžiui, boro anglies oksido junginiams.

Šio mokslininkų darbo vertė matoma ne tik kietųjų medžiagų kontekste. Kietumo optimizavimas yra sėkmingas tokios srities principų įgyvendinimo pavyzdys, grindžiantis kelią naujai skaičiavimo technikai.

„Panašu, kad prasideda nauja medžiagų kūrimo ir atradimo era, – džiūgauja profesorius. – Naujosios medžiagos, kurios pasižymės pageidaujamomis savybėmis, bus atrandamas pasitelkiant superkompiuterius, o ne vargstant su ne itin našiais dabartiniais metodais“.