Возможности у USPEX довольно большие. Он способен предсказывать не только структуры кристаллов, но и низкоразмерных материалов – наночастиц, полимеров, поверхностей, межзеренных границ и 2D-кристаллов. USPEX эффективно работает с молекулярными кристаллами, состоящими из сложных молекул, предсказывает составы стабильных соединений и соответствующие им кристаллические структуры, исходя только из названий химических элементов. При этом USPEX опирается исключительно на теоретические методы, для успешной работы ему не нужны в качестве подсказок экспериментальные данные.
За последние годы множество научных групп создали с помощью USPEX значительное число новых материалов. А совсем недавно международная группа под руководством автора USPEX, профессора Сколтеха и МИСиС Артема Оганова и доктора Ивана Трояна из Института кристаллографии РАН провела важные для развития проекта теоретические и экспериментальные исследования нового высокотемпературного сверхпроводника - гидрида иттрия (YH6).
Гидриды иттрия входят в тройку известных на сегодняшний день материалов, обладающих сверхпроводящими свойствами при высоких температурах. Обычно сверхпроводимость возникает при температурах, близких к абсолютному нулю, в то время как для гидрида иттрия эффект предсказывается всего при -50℃. Однако, по теоретическим расчётам такая высокая температура сверхпроводимости YH6 достигается только при очень высоких давлениях в 1,4–1,7 миллиона атмосфер.
Наиболее интересно в этом исследовании YH6 его полное соответствие новой парадигме химических и физических исследований. Предыдущий подход подразумевал тщательный экспериментальный перебор новых материалов до достижения нужных свойств. Теперь же эксперимент предваряется теоретическим моделированием различных материалов с применением USPEX, которое позволяет описать их предполагаемые свойства. На основе этих данных ученые выбирают конкретные, представляющие интерес вещества и начинают их экспериментальное исследование. С учетом того, что обычно эксперименты с одним материалом занимают от года до двух лет, возможность с помощью компьютерного моделирования за год перебрать пятьдесят-сто материалов означает кардинальное ускорение исследований.
Но все-таки пока уверенное теоретическое предсказание свойств веществ является делом будущего, многое еще предстоит сделать. Все тот же YH6 высветил значительные недостатки в алгоритмах USPEX. Полученные в экспериментах данные расходятся с предсказанием в 30-40% вместо обычных и приемлемых 10-15%. Такое рассогласование между теорией и экспериментом означает, что какие-то физические эффекты не были в USPEX учтены.
Несмотря на это, мне очевидно, что за подобными программными комплексами стоит будущее наук о материалах. Более того, с их развитием начнет стремительно меняться и наша обычная жизнь. Как только ученые научатся предсказывать свойства материалов, промышленность сможет получать материалы со свойствами, заточенными под конкретные задачи. А значит, станет возможным создание значительно более совершенных устройств, от идеального электромотора до идеального микрочипа. А текущие проблемы ученые решат, рано или поздно, в этом я уверен.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.