Suština potrage za najstabilnijom strukturom svodi se na izračun takvog stanja neke tvari koja ima najnižu energiju. Energija u ovom slučaju ovisi o elektromagnetskoj interakciji jezgra i elektrona atoma, od kojih je kristal proučavao. Može se procijeniti uz pomoć kvantne mehaničkih proračuna na osnovu pojednostavljene Schrödinger jednake. Tako u algoritmu u USPEX-u koji se koristi teorija funkcije gustoćekoji je razvijen u drugoj polovini prošlog veka. Njegov glavni cilj je pojednostaviti proračune elektroničke strukture molekula i kristala. Teorija vam omogućuje zamjenu funkcije elektroničke valne funkcije elektroničke gustoće, dok ostaje formalno tačno (ali u stvari se približava aproksimacija neizbježna). U praksi to dovodi do smanjenja složenosti proračuna i kao rezultat, vreme koje će biti utrošeno na njih. Stoga se kvantni mehanički proračuni kombiniraju s evolutivnim algoritmom u USPEX-u (Sl. 2). Kako funkcionira evolucijski algoritam?
Moguće je tražiti strukture s najnižom energijom: slučajno pozicionirati atome u odnosu na međusobno i analizirati svaku takvu državu. Ali jer je broj opcija ogroman (čak i ako su atomi samo 10, tada će mogućnosti njihove lokacije u odnosu na međusobno iznosi oko 100 milijardi), tada će izračunati previše vremena. Stoga je uspjeh naučnika uspjeli postići tek nakon razvoja luketnijeg metode. USPEX algoritam zasnovan je na evolucijskom pristupu (Sl. 2). Prvo, mali broj struktura nasumično se generira, a njihova se energija izračunava. Opcije sa najvišom energijom, odnosno najmanje stabilne, sustav se uklanja, a od najstabilnijih stvara slično i izračunava ih. Istovremeno, računalo nastavlja da stvara nove strukture za održavanje raznolikosti stanovništva, što je sastavni uvjet za uspješnu evoluciju.
Dakle, problem predviđanja kristalnih struktura pomogao je logici uzetom iz biologije. Teško je reći da u ovom sistemu postoji gen, jer se nove strukture mogu razlikovati od svojih prethodnika sa vrlo različitim parametrima. Najviše prilagođeni uvjetima izbora "Pojedinci" ostavljaju potomstvo, odnosno algoritme, učenje njegovih grešaka, maksimizira šanse za uspjeh u sljedećem pokušaju. Sustav prilično brzo nalazi varijantu s najnižom energijom i učinkovito izračunava situaciju kada strukturna jedinica (ćelija) sadrži desetine, pa čak i prvih stotina atoma, dok se prethodni algoritmi ne mogu nositi sa deset.
Jedan od novih zadataka koji se postavlja ispred USPEX-a u MIPT-u je predviđanje tercijarne strukture proteina po njihovoj nastavi aminokiselina. Ovaj problem moderne molekularne biologije je među ključem. Općenito, pred naučnicima, zadatak je vrlo težak i zato što je teško izračunati energiju za tako složeni molekul kao protein, teški. Prema Artem Oganovi, njegov algoritam već je u stanju predvidjeti strukturu peptida oko 40 aminokiselina.
Video 2. Polimeri i biopolimeri. Koje su tvari odnose na polimere? Kakva je struktura polimera? Koliko je uobičajena upotreba polimernih materijala? O ovome kaže da doktor profesora u kristalografiji Artem Oganan.
U jednom od njegovih naučnih i popularnih Artem Oganova (Sl. 3) opisuje USPEX kako slijedi:
"Evo figurativnog primjera za demonstriranje zajedničke ideje. Zamislite da morate pronaći najvišu planinu na površini nepoznate planete, na kojoj se pravi potpuna tama. Da bi se uštedjeli resursi, važno je shvatiti da ne trebamo potpuna mapa reljefa, već samo njegova najviša tačka.
Slika 3. Artem Romaevich Yoganov
Zemljite na planetu malu slijetanje Biorobota, šaljevši im jedan po jedan na proizvoljnim mjestima. Uputstvo koje svaki robot mora nastupiti je da pređe površinu od sila gravitacione atrakcije i kao rezultat dostizanja vrhova najbližeg brda, koordinate koje mora obavijestiti orbitalnu bazu. Mi nemamo sredstva za velikih istraživačkih kontingenta, a vjerojatnost da će jedan od robota odmah uzeti najvišu planinu, izuzetno malu. Stoga je potrebno primijeniti dobro poznati princip ruske vojne nauke: "Bolje ne po broju, i sposobnosti", implementiranog ovdje u obliku evolucijskog pristupa. Prigušivanje najbližeg susjeda, roboti susreću se i reproduciraju se ovako, aranziraju ih uz red između "njihovih" vrhova. Potomstvo bioreobota nastavlja se za obavljanje istih uputstava: oni se kreću prema nadmoru olakšica, istražujući regiju između dvije vrhove svojih "roditelja". Oni "pojedinci", koji su došli vrhovi ispod prosječne razine, odgovore (ovo se odabiru) i sastoji se nasumično slijetanje (ovo je simulirano održavanje "genetske raznolikosti" stanovništva) ".
Kako procijeniti grešku sa kojom USPEX radi? Možete preuzeti zadatak sa unaprijed poznatim tačnim odgovorom i odlučite ga 100 puta sa 100 puta uz pomoć algoritma. Ako se tačan odgovor dobije u 99 slučajeva, vjerovatnoća da će se vjerojatnost pogreške izračuna biti 1%. Obično se tačna predviđanja dobivaju s vjerovatnoćom od 98-99%, kada je broj atoma u osnovnoj ćeliji 40 komada.
Evolucijski algoritam USPEX-a doveo je do mnogih zanimljivih otkrića, pa čak i na razvoj novog ljekovitog oblika medicinskog lijeka, o čemu će se raspravljati u nastavku. Pitam se šta će biti kada se pojave superračunari nove generacije? Hoće li se mijenjati algoritam kristalne strukturne predviđanja? Na primjer, neki naučnici se bave razvojem kvantnih računara. Ubuduće će biti mnogo efikasniji od najnaprednijih modernih. Prema Artem Ogani, evolucijski algoritmi napustit će vodeću poziciju, ali počet će raditi brže.
USPEX se pokazao kao algoritam ne samo efikasan, već i višenamjenski. Trenutno, pod vođstvom Artem Oganova, provodi se puno znanstvenih radova u različitim smjerovima. Neki od najnovijih projekata pokušaju simulaciju novih termoelektričnih materijala i predviđanje strukture proteina.
"Imamo nekoliko projekata, jedan od njih je proučavanje niskog dimenzionalnih materijala, poput nanočestica, materijalnih površina, Drugi je proučavanje hemikalija pod visokim pritiskom. Postoji još jedan zanimljiv projekt povezan sa predviđanjem novih termoelektričnih materijala. Sada već znamo da je adaptacija metode predviđanja kristalnih struktura, koje smo izmislili, termoelektrični zadaci rade efikasno. Trenutno smo spremni za veliki kreten, rezultat toga što bi trebalo biti otkriće novih termoelektranskih materijala. Već je jasno da je metoda koju smo stvorili za termoelektrike vrlo moćna, provedeni testovi su uspješni. I u potpunosti smo spremni za traženje novih materijala. Također se bavimo predviđanjem i proučavanjem novih superprovodnika visoke temperature. Postavljamo pitanje predviđanja strukture proteina. To je novi zadatak za nas i vrlo radoznao. "
Zanimljivo je da je USPEX već imao koristi i medicinu: "Štaviše, razvijamo nove lekove. Konkretno, predviđeni smo, dobijen je i patentiran novi lijek - kaže A.r. Jogan. - Ovo je hidratni 4-aminopiridin, lijek iz multiple skleroze ".
Govorimo o nedavno patentiranoj laboratoriji za dizajn računara valery Rosizen (Sl. 4), Anastasia Naumova i Artem Ogana, što simptomatski omogućava simptomatski za liječenje više skleroze. Patent na otvorenom, koji će pomoći u smanjenju cijene lijeka. Raštrkana skleroza je hronična autoimuna bolest, odnosno jedna od tih patologija kada njegov vlastiti imunološki sustav šteti vlasniku. U isto vrijeme je oštećen milenski omotač nervnih vlakana, što obično izvodi električno izolacijsku funkciju. Veoma je važno za normalan rad neurona: struja o rastu nervnih ćelija prekrivenih Myelinom vrši se 5-10 puta brže nego na otkrivenu. Stoga višestruko skleroza dovodi do kršenja u radu nervnog sistema.
Korijenski uzroci pojavljivanja multiple skleroze ostaju u potpunosti uzačeni. Pokušavaju ih razumjeti u mnogim laboratorijama na svijetu. U Rusiji se to bavi laboratorijama biokatalize na Institutu za bioorganu hemiju.
Slika 4. Valery Roizen - jedan od autora patenta za lijek iz skleroze, Zaposlenik laboratorija za dizajn računara, razvijanje novih oblika doziranja medicinskih lekova i aktivno se bavi popularizovanjem nauke.
Video 3. Naučna i popularna predavanja Valery Rosizen "ukusni kristali". Saznaćete o principima rada droge, o važnosti oblika dostavljanja lijeka u ljudsko tijelo i o zlim bratom blizankom aspirin.
Ranije, 4-aminopiridin u klinici već je korišten, ali naučnici su uspjeli promijeniti kemijski sastav, poboljšati apsorpciju ovog lijekova u krv. Dobili su 4-aminopiridin kristalni hidrat (Sl. 5) sa stoichiometry 1: 5. U ovom obliku sam i sam lijek patentiran i metoda dobivanja. Supstanca poboljšava emisiju neurotransmittera u neuromuskularnim sinapsima, što olakšava blagostanje pacijenata s više sklerozom. Vrijedno je napomenuti da takav mehanizam podrazumijeva tretman simptoma, ali ne i sam sama bolest. Pored bioraspoloživosti, glavni trenutak u novom razvoju je sljedeći: Budući da je bilo moguće "zaključiti" 4-aminopiridin u kristalu, postao je prikladniji za upotrebu u medicini. Kristalne tvari su relativno lako dobiti u pročišćenom i homogenom obliku, a sloboda lijeka iz potencijalno štetnih nečistoća jedan je od ključnih kriterija za dobar lijek.
Kao što je gore spomenuto, USPEX vam omogućuje pronalaženje novih hemijskih struktura. Ispada da čak i "uobičajeni" ugljik ima svoje zagonetke. Carbon je vrlo zanimljiv hemijski element, jer formira opsežan skup konstrukcija, u rasponu od superhard dielektrika, koji završavaju mekim poluvodičima, pa čak i superprovodnicima. Prva može uključivati \u200b\u200bdijamant i Lansdalet, u drugi - grafit, na treće - neke pune na niskim temperaturama. Uprkos širokom rasponu poznatih ugljičnih oblika, naučnici pod vodstvom Artem Oganova uspjeli su otvoriti u osnovi novu strukturu: nije prethodno nije znalo da ugljik može formirati komplekse u vrsti "Vlal gostiju" (Sl. 6). Rad je učestvovao u radu laboratorija za računarski dizajn materijala (Sl. 7).
Slika 7. Vila Oleg, diplomirani student MFTI-ja, zaposlenik laboratorija za računarski dizajn materijala i jednog od autora otvorene ugljične strukture. U slobodno vrijeme, Oleg se bavi populariziranjem nauke: njegovi članci mogu se naći u publikacijama "Mačka Schredingera", "Za nauku", Strf.ru, "Rosatom". Pored toga, Oleg - pobjednik Moskve Naučni slam. A učesnik TV emisije "Smart".
Interakcija "vlasnika gostiju", na primjer, na primjer, u kompleksima koja se sastoji od molekula koji su povezani sa nerirulentnim vezama. To jest, određeni atom / molekul zauzima određeno mjesto u kristalnoj rešetki, ali ne formira kovalentnu vezu sa okolnim spojevima. Takvo ponašanje je rasprostranjeno među biološkim molekulama koji se vežu jedna prema drugoj, formirajući izdržljive i velike komplekse koji obavljaju različite funkcije u našem organizmu. Općenito, zbog spoja koji se sastoji od dvije vrste konstrukcijskih elemenata. Za tvari koje su formirale samo ugljikom, takvi oblici nisu bili poznati. Naučnici su objavili svoje otkriće u 2014. godini, proširujući naše znanje o nekretninama i ponašanju 14. grupe hemijskih elemenata općenito (Sl. 8). Primjećuje se da se u otvorenom ugljičnom obliku formiraju kovalentne obveznice između atoma. Govorimo o vrsti vlasnika domaćina dolazi zbog prisutnosti dobro izraženih dviju vrsta ugljičnih atoma koji imaju potpuno različito strukturno okruženje.
U laboratoriji računarski dizajn proučavaju se materijali koje će tvari biti stabilne na visokim pritiscima. Ovako šef laboratorija tvrdi za takvo istraživanje: "Mi studiramo materijale pod visokim pritiskom, posebno novom hemijom, koja se pojavljuje u takvim uvjetima. Ovo je vrlo neobična hemija koja se ne uklapa u pravila tradicionalne. Znanje stečeno na novim vezama dovest će do razumijevanja onoga što se događa unutar planeta. Budući da se ove neobične hemikalije mogu pokazati kao vrlo važne materijale planetarnih podzemlja. " Teško je predvidjeti kako se ponašaju supstance visokog pritiska: većina hemijskih pravila prestaje raditi, jer su ovi uslovi vrlo različiti od uobičajenog. Ipak, potrebno je to razumjeti ako želimo znati kako je svemir uređen. Lavov udio barijanske tvari svemira je precizno visoki pritisak unutar planeta, zvijezda, satelita. Iznenađujuće je da je još uvijek vrlo malo o njegovoj hemiji.
Nova hemija koja se provodi na visokom pritisku u laboratoriji računarskih dizajnerskih materijala MFTI studija doktorat (stepen sličan kandidatu za nauku) Gabrijele Saleh (Gabrieleh):
"Ja sam hemičar, a zanima me hemija na visokim pritiscima. Zašto? Budući da imamo pravila hemije koja su formulisana prije 100 godina, ali nedavno se ispostavilo da prestaju raditi na visokim pritiscima. I vrlo je zanimljivo! Izgleda kao mjesec park: postoji fenomen koji niko ne može objasniti; Istražite novi fenomen i pokušajte shvatiti zašto se to događa - vrlo je zanimljivo. Započeli smo razgovor sa fundamentalnim stvarima. Ali visoki pritisak postoji u stvarnom svijetu. Naravno, ne u ovoj sobi, već u zemlji i na drugim planetima " .
Budući da sam hemičar zainteresiran za hemiju visokog pritiska. Zašto? Budući da su bile kemijska pravila uspostavljena prije sto godina, ali nedavno je otkrivena da se ta pravila slomiju pod visokim pritiskom. I vrlo je zanimljivo! Ovo je poput Loonoparka jer imate fenomen, koji niko ne može racionalizirati. Zanimljivo je proučiti novi fenomen i pokušati shvatiti zašto se to događa. Počeli smo sa temeljnog stanovišta. Ali ovi visoki pritisci postoje. Ne u ovoj sobi, naravno, već u unutrašnjosti Earta i na drugim planetima.
Slika 9. Koalična kiselina (H 2 CO 3) je stabilna struktura pod pritiskom. U umeću odozgo To je prikazano da osovine C. Formiraju se polimerne konstrukcije. Studija ugljičnog i kisikovskog sistema pod visokim pritiscima vrlo je važna za razumijevanje kako se planeti uređuju. H 2 o (voda) i CH 4 (metane) su glavne komponente nekih divovskih planeta - na primjer, Neptun i uranijum, gdje pritisak može dostići stotine GPA-e. Veliki ledeni satelit (Gamornad, Callisto, Titan) i komete sadrže i vodu, metan i ugljični dioksid, koji se primjenjuje na nekoliko GPA.
Gabriele nam je rekao o njenom novom poslu, koji je nedavno prihvaćen za objavljivanje:
"Ponekad se bavite temeljnim naukom, ali onda otkrijete direktnu primjenu stečenog znanja. Na primjer, nedavno smo poslali članak da objavimo u kojem opisujemo rezultate pretraživanja za sve stabilne jedinjenja dobivene od ugljika, vodika i kisika na visokom pritisku. Pronašli smo jednu, stabilnu po vrlo niskim pritiscima, kao što su 1 GPA I bili su koalična kiselina H 2 CO 3 (Sl. 9). Studirao sam astrofiziku literaturu i otkrila da satelitske Ganymed i Callisto [sateliti Jupiter] sastoje se od vode i ugljičnog dioksida: od molekula koji formiraju koaličnu kiselinu. Tako smo shvatili da naše otkriće sugerira formiranje karbonske kiseline tamo. To sam rekao: Sve je počelo sa fundamentalnom naukom i završila sa nečim važnim za proučavanje satelita i planeta " .
Imajte na umu da se takav pritisak ispadne na one koji su, u principu, može naći u svemiru, ali visoki u odnosu na one koji djeluju na nama na površini zemlje.
Dakle, ponekad učite nešto za temeljnu nauku, ali tada otkrivate da ima pravu aplikaciju. Na primjer, upravo smo poslali papir u kojem smo uzeli ugljik, vodonik, kisik na visokom pritisku i pokušali smo potražiti sve stabilne spojeve. Pronašli smo onaj koji je bio karbonska kiselina i bila je stabilna u vrlo niskom pritisku poput jednog gigaskasa. Istražio sam astrofiziku literaturu i otkrila: Postoje sateliti kao što su Ganymede ili Calisto. Uključeno je ugljični diixide i voda. Molekule koji čine ovu karbonska kiselina. Tako smo shvatili da ovo otkriće znači da bi vjerovatno bila ugljenišna kiselina. To mislim na ono što sam započeo za temeljnu i otkrivanje nečega što se primjenjuje na planetarna nauka.
Drugi primjer neobične hemije, koji se može dovesti u pogledu poznate kuharske soli, naCl. Ispada da ako možete stvoriti pritisak od 350 GPA u soli, dobit ćete nove veze. U 2013. godini pod vodstvom A.R. Oganova je pokazala da ako je bio visoki pritisak do NACL-a, neobični spojevi postat će stabilan - na primjer NACL 7 (Sl. 10) i na 3 Cl. Zanimljivo je da su mnoge otvorene tvari metale. Gabiel Saleh i Artem Oganov nastavili su sa pionirskim radom, koji su pokazali egzotično ponašanje natrijum-hlorida pod visokim pritiskom i razvili teorijski model koji se može koristiti za predviđanje svojstava alkalnih metalnih spojeva s halogenima.
Opisali su pravila da su te supstance podložne takvim neobičnim uvjetima. Upotreba algoritma USPEX-a, nekoliko spojeva sa formulom A 3 Y (A \u003d LI, NA, K; Y \u003d F, CL, BR) teoretski su pod pritiskom na 350 GPA. To je dovelo do otkrića jona hlorida u oksidiranom stanju -2. "Standardna" hemija zabranjuje ovo. U takvim uvjetima mogu se formirati nove tvari, na primjer, s hemijske formule na 4 CL 3.
Slika 10. Kristalna struktura NACL konvencionalne soli ( lijevo) i neobičan sloj NaCl 7 ( s desne strane), stabilno pod pritiskom.
Gabriele Saleh (Sl. 11) govori o njegovoj studiji usmjeren na opis novih pravila hemije, što bi imalo prediktivnu silu ne samo u standardnim uvjetima, već bi opisala ponašanje i svojstva tvari pod visokim pritiskom (Sl. 12 ).
Slika 11. Gabrijel Saleh (Gabriele Saleh)
"Prije dvije ili tri godine, profesor Joganov otkrio je da tako jednostavna sol, kao NACL, nije tako jednostavna: natrijum i hlor također mogu formirati druge veze. Ali niko nije znao zašto. Naučnici su ispunili proračune, primili rezultate, ali ostali su nepoznati, zašto se sve događa tako, a ne drugačije. Od diplomirane škole proučavam hemijsku vezu, a tokom studije sam uspio formulirati neka pravila, logično objašnjavajući šta se događalo. Studirao sam kako se elektron ponašaju u takvim spojevima i došli su na opće zakone karakteristične za njih pod visokim pritiskom. Da bi provjerili jesu li ta pravila plod moje mašte ili još uvijek objektivno, predvidio sam strukturu sličnih veza - odbrano ili nabro i sličan. I zaista - slijede se opća pravila. Ako sam ukratko vidio da postoji sljedeći trend: Kada nanesete pritisak na takve spojeve, onda formiraju strukturu dvodimenzionalnog metala, a zatim - jednodimenzionalni. Tada se pod vrlo visokim pritiskom počinju pojaviti više divljih stvari, jer će hlor u ovom slučaju biti stupanj oksidacije -2. Svi hemičari znaju da hlor ima stupanj oksidacije -1, ovo je tipičan primjer udžbenika: natrijum izgubi elektron, a hlor ga uzima. Stoga se oksidativni brojevi dobivaju +1 i -1, respektivno. Ali pod visokim pritiskom, sve radi pogrešno. Pokazali smo da uz pomoć nekih pristupa analizi hemijskih obveznica. Također za vrijeme rada tražio sam posebnu literaturu da bih shvatio je li neko već uočen takve pravilnosti. I pokazalo se da, gledano. Ako se ne varam, natrijum bisputat i neke druge veze podliježu opisanim pravilima. Naravno, ovo je samo početak. Kada objavite sljedeće radove na temu, saznajemo da li naš model ima stvarnu prediktivnu silu. Jer upravo to tražimo. Želimo opisati hemijske zakone koji bi bili poštovani na visokim pritiscima " .
Prije dvije ili tri godine profesor Oganov otkrio je da jednostavna sol naCl pri visokoj tlaku nije baš jednostavan i drugi spojevi će se formirati. Ali niko ne zna zašto. Izračunavali su rezultate rezultata, ali ne možete reći ko se to događa. Dakle, za vrijeme mog phd specijalizirao sam za proučavanje hemijskog lijepljenja, istraživao sam ovu jedinjenje i nađem neki RLE za racionaliziranje onoga što se događa. Istražio sam kako se elektron ponašaju u ovom spoju i smislili neka pravila koja će takva spojeva uslijediti pod visokim pritiskom. Da biste provjerili da li su moja pravila samo moja mašta ili su istinite predviđao nove strukture sličnih spojeva. Na primjer, odbliza ili nabe i neke kombinacije poput ove. I da, ispostavi se ova pravila. Ukratko, samo da ne budemo vrlo specijalističan, vidio sam da postoji tendencija: kada ih stignete, formiraju dvodimenzionalne metale, zatim jednodimenzionalnu strukturu metala. A onda bi se po vrlo visokog pritiska dogodilo više divlje jer će CL u ovom slučaju imati oksidacijski broj od -2. Sav najniži oksidacijski broj CL IS -1, koji je tipičan primjer udžbenika: Natrijum ga gubi. Dakle, imamo brojeve oksidacije +1 i -1. Ali na vrlo visokom pritisku više nije istina. To smo demonstrirali nekim pristupima za analizu hemijske veze. U tom radu takođe tridejem da pogledam literaturu da vidim da li je neko već vidio ovakvu pravila. I da, ispostavilo se da je bilo nekih. Ako se ne varam, na-bi i drugi spojevi pokazali su da slijede ova pravila. To je samo polazište, naravno. Ostali će papiri pojaviti i vidjet ćemo da li ovaj model ima pravu prediktivnu moć. Jer ovo tražimo. Želimo skicirati hemiju koja će raditi i za visoki pritisak.
Slika 12. Struktura tvari s hemijske formule na 4 CL 3, koja se formira po pritisku od 125-170 GPAJasno pokazuje izgled "čudne" hemije pod pritiskom.
Uprkos činjenici da algoritam USPEX karakterizira velika prediktivna sila unutar svojih zadataka, teorija uvijek zahtijeva eksperimentalnu provjeru. Laboratorija materijala za kompjuterski dizajn je teorijski, kako slijedi iz njenog imena. Stoga se eksperimenti održavaju u saradnji s drugim naučnim grupama. Strategija studije usvojena u laboratoriji, Gabriel Saleh Komentari na sljedeći način:
"Ne vodimo eksperimente - mi smo teoretičari. Ali često sarađujemo sa ljudima koji to rade. U stvari, mislim da je općenito teško. Danas je nauka usko specijalizirana, tako da nije lako pronaći nekoga ko je angažiran u drugoj drugoj " .
Ne radimo eksperimente, već često sarađujemo sa nekim ljudima koji rade eksperimente. Zapravo mislim da je u stvari teško. Danas je nauka vrlo specijalizirana tako da je teško pronaći nekoga ko radi i jedno i drugo.
Jedan od najsjajnijih primjera je predviđanje prozirnog natrijuma. 2009. u časopisu Priroda. Objavljeni su rezultati rada koji se obavljaju pod vodstvom Artem Oganova. U članku su naučnici opisali novi oblik NA, u kojem je transparentno nemetal, postajući dielektrični pritisak. Zašto se to događa? To je zbog ponašanja valentne elektrona: pod pritiskom, raseljeni su u prazninima kristalne rešetke formirane natrijumtom atomima (Sl. 13). Istovremeno, metalna svojstva tvari nestaju i čine se kvalitete dielektrika. Tlak od 2 miliona atmosfera čini natrijum-crveni, a tri miliona - bezbojna.
Slika 13. Natrijum pod pritiskom je više od 3 miliona atmosfere. Plavi cvijet Prikazuje se kristalna struktura natrijum atoma, narandžasti - Gomila valentnih elektrona u prazninima strukture.
Malo je ljudi vjerovali da bi klasični metal mogao pokazati takvo ponašanje. Međutim, u saradnji s liječnikom Mikhail Eremez dobivaju se eksperimentalni podaci koji su u potpunosti potvrdili predviđanje (Sl. 14).
Slika 14. Fotografije nazoru na NA dobijene kombiniranjem prolaska i reflektirane rasvjete. Različiti pritisak primijenjen je na uzorak: 199 GPA (prozirna faza), 156 GPA, 124 GPA i 120 GPA.
Artem Yoganov rekao nam je šta tvrdi da meni svojim zaposlenima:
"Prvo, moraju imati dobro obrazovanje. Drugo, kao radnici. Ako je čovjek lijen, tada ga neću primiti na posao, a ako ću odjednom uzeti, on će biti zloupotrebljen. Nekoliko zaposlenih koji su bili lijeni, inert, amorfan, upravo sam ispalio. I mislim da je to apsolutno ispravno i dobro čak i za osobu. Jer ako osoba nije na svom mjestu, neće biti sretan. Treba ići tamo, gdje će raditi sa svjetlom, sa entuzijastima, sa zadovoljstvom. I dobro je za laboratoriju i dobro za osobu. I ti momci koji stvarno lijepo rade, sa blistavom, činjenica da platimo dobru platu, oni idu na konferenciju, pišu članke koji će tada ići u najbolje časopise, bit će u redu. Jer su na svom mjestu i zato što laboratorija ima dobre resurse kako bi ih podržao. To jest, momci ne trebaju razmišljati o akviziciji da bi preživjeli. Oni se mogu koncentrirati na nauku, na svom omiljenom poslu i uspješno su se baviti njima. Sada smo se pojavili nekih novih grantova i otvara se prilika da zaposli još nekoliko ljudi. Konkurencija je stalno. Cijele godine ljudi podnose prijave, pretpostavljam, naravno, ne sve. ". (2016). 4-aminopiridin kristallid, metoda dobivanja, farmaceutske kompozicije i metoda liječenja i / ili prevencije na njenoj osnovi. Phys. Chem. Chem. Phys. 18 , 2840–2849;
Objavljujemo tekst predavanja Pročitao profesor na Univerzitetu u New Yorku, dodatni profesor MSU-a, počasni profesor Univerziteta u Gilignu Artem Ohanov 8 Septembar 2012. u okviru ciklusa "javne predavanja" Polit.Ru "na festivalu na otvorenomBookmarket. U umjetničkom parku "Museon".
"Poliat.ru Javna predavanja" održavaju se uz podršku:
Veoma sam zahvalan organizatorima ovog festivala i "Polit.ru" za pozivnicu. Velika mi je čast da pročitam ovo predavanje; Nadam se da će vam biti zanimljiva.
Predavanje je direktno povezano sa našom budućnošću, jer je naša budućnost nemoguće bez novih tehnologija, tehnologije koje se odnose na naš kvalitet života, evo iPad-a, evo našeg projektora, sve naše elektronike, tehnologije koje se koriste energijom Očistite okolinu, tehnologije koje se koristi u medicini i tako dalje - sve to ovisi o razložnosti novih materijala, nove tehnologije zahtijevaju nove materijale, materijale s jedinstvenim, posebnim svojstvima. I kako se ovi novi materijali mogu razviti ne u laboratoriji, već i na računaru, otići će priču.
Predavanje se naziva: "Dizajn računara novih materijala: san ili stvarnost?". Da je to bio vrlo san, predavanje ne bi imalo smisla. Snovi su nešto, u pravilu, a ne iz područja stvarnosti. S druge strane, ako je već u potpunosti implementiran, predavanje bi takođe imalo smisla, jer nova vrsta metodologije, uključujući teorijsko računanje, kada su već u potpunosti razvijene, prelaze iz pražnjenja nauke u kategoriji industrijskih rutinski problemi. Zapravo je ovo područje potpuno novo: računarski dizajn novih materijala negdje je dodijeljen između sna. Činjenica da je nemoguće, što sanjamo o slobodno vrijeme - i stvarnosti, to nije do kraja završenog područja, koji je područje koje se trenutno razvija. A ovo područje će u bliskoj budućnosti omogućiti da se povuče iz tradicionalne metode otvaranja novih materijala, laboratorija i preći na računarske dizajnerske materijale, bile bi jeftinije, a brže, čak i na više načina, čak i više pouzdanije. Ali kako to učiniti, reći ću. Ovo se direktno odnosi na problem predviđanja, prognozu strukture tvari, jer struktura tvari određuje njegova svojstva. Različita struktura iste tvari, kažu, ugljik, određuje Superteraalda Diamond i Super Magh-dimenzionalni grafit. Struktura u ovom slučaju je sve. Struktura tvari.
Općenito, ove godine slavimo stogodišnjicu prvih eksperimenata, što je omogućilo otvoriti strukturu tvari. Veoma odavno, sa davninim vremenima, ljudi su izneli hipotezu da se tvar sastoji od atoma. Spominjanje toga može se naći, na primjer, u Bibliji, u raznim indijskim epskim epskim i sasvim detaljnim referencama na to može se vidjeti iz demokratske i Lucrete Kare. I prvo spominjanje odgovarajuće supstance, jer se ta supstanca sastoji od ovih diskretnih čestica, atomi, pripadaju Johannu Kepleruu, sjajnom matematiku, astronom, a čak i astrologijom - nažalost, astrologija je smatrana naukom. Kepler je nacrtao prve slike u kojima je objasnio šesterokutni oblik snježnih pahuljica, a ledena struktura predlaže Kepler, iako se razlikuje od stvarnosti, u mnogim aspektima slično. Ali, ipak, hipoteza o atomskoj strukturi tvari ostala je hipoteza do 20. stoljeća, do prije sto godina, po prvi put, ova hipoteza nije bila naučno dokazana. Dokazana je sa mojom naukom, kristalografijom, naukom relativno nov, koja je rođena sredinom 17. veka, 1669. je službeni datum rođenja kristalografije nauke i stvorio je predivan danskog naučnika Nikolai Wyton. U stvari, njegovo ime je bilo Niels Szensen, bio je Dane, latino ime - Nikolaj Valon. Osnovao je ne samo kristalografiju, već i niz naučnih disciplina, a formulisao je prvi zakon kristalografije. Od ovog trenutka, kristalografija u oproštajnu putanju započela je svoj razvoj.
Nikolaj Stenon imao je jedinstvenu biografiju. Ne postao je ne samo osnivač nekoliko nauka, već je i rangirao lice u katoličkoj crkvi svetaca. Kristallograf je bio i najveći njemački pjesnik Goethe. I Goethe pripada citatu da je kristalografija neproduktivna, i općenito, ova nauka je u potpunosti beskorisna, a nije jasno zašto je to potrebna, ali kao što je zagonetka vrlo zanimljiva, a zbog toga privlači vrlo pametno Ljudi. Dakle, govorio je Goethe u popularnom preskaketu, što je pročitao negdje na baden odmaralištima bogata neaktivnim damama. Usput, mineral se zove u čast Goethe, odlazi. Mora se reći da je u to vrijeme kristalografija zaista bila prilično beskorisna nauka, zaista na nivou nekih matematičkih šehara i zagonetka. Ali vrijeme je prošlo, a prije 100 godina, kristalografija je izašla iz kategorije takve nauke u sebi i postala nauka izuzetno korisna. Ovo je prethodilo velika tragedija.
Ponavljam, atomska struktura tvari ostala je hipoteza do 1912. godine. Veliki austrijski fizičar Ludwig Boltzman izgradio je sve njegove naučne argumente o ovoj hipotezi o atomičnosti supstancije i bili su teško kritizirani od strane mnogih njegovih protivnika: "Kako možete izgraditi sve svoje teorije na nedovršenu hipotezu?" Ludwig Boltzman pod utjecajem ove kritike, kao i slabi zdravlje, počinio se 1906. godine. Objegao je sebe, na odmoru sa porodicom u Italiji. Samo 6 godina kasnije, dokazana je atomska struktura tvari. Dakle, ako je bio malo bolesniji, pokušao bi nad svim svojim protivnicima. Strpljenje ponekad znači više od uma, strpljenje znači više od genija. Dakle - koji su bili ovi eksperimenti? Ovi eksperimenti napravili su Max von Laue, preciznije, diplomirani studenti. Sam max von laue nije napravio nikakve takve eksperimente, ali ideja je pripadala njemu. Ideja je bila da ako se tvar zaista sastoji od atoma, osim ako se preuzme da se Kepler pretpostavlja, atomi su na redovno izgrađeni u kristalnoj periodici, tada treba povisiti povišena pojava. Ubrzo prije otkrivenih rendgenskih zraka. Fizika do tada već su dobro shvaćena da je taladna dužina zračenja uporediva s dužinom periodičnosti - karakteristična dužina objekta, u ovom slučaju - kristal, tada treba primijetiti difrakcijsku pojavu. To jest, zrake će putovati ne samo strogo u pravoj liniji, već i odstupiti u potpunosti strogo određenim uglovima. Dakle, kristal treba promatrati neka potpuno posebna slika rendgenske difrakcije. Bilo je poznato da bi talasna dužina rendgenskog zračenja trebala biti slična veličini atoma, ako postoje atomi, izvršene su procjene veličine atoma. Dakle, ako je atomska hipoteza strukture tvari tačna, treba poštivati \u200b\u200bdifrakciju rendgenskih zraka kristala. Šta bi moglo biti lakše provjeriti?
Jednostavna ideja, jednostavan eksperiment, za koji je nešto više nego u godini, Laue Dobio je Nobelovu nagradu u fizici. I možemo pokušati potrošiti ovaj eksperiment. Ali, nažalost, sada previše lagano, tako da ovaj eksperiment može posmatrati sve. Ali možda ćemo to pokušati sa jednim svedokom? Ko bi mogao doći ovamo i pokušati promatrati ovaj eksperiment?
Vidi. Evo laserskih pokazivača, mi ćemo zasjati - i šta se ovdje događa? Nemamo rendgenske zrake, već optički laser. I to nije struktura kristala, a njena slika otečena za 10 hiljada puta: ali nakon svega, laserska talasna dužina je 10 hiljada puta veća od talasne dužine rendgenskih zračenja, a time se opet izrađuje difrakcija. Uporedivost talasne dužine sa periodom kristalne rešetke. Ovdje gledamo predmet u kojem nema redovne strukture, tečnosti. Evo, Oleg, drži ovu sliku, a ja ću zasjati laseru, prići ću, slika će biti mala, jer ne možemo projicirati ... Vidite li prsten ovdje, unutra - poen koji karakteriše direktan prolazak Greda. Ali prsten je difrakcija iz neorganizirane strukture tečnosti. Ako je kristal pred nama, tada će slika biti potpuno drugačija. Vidite, imamo puno zraka koji odbijaju strogo određene uglove.
Oleg (volonter):Vjerovatno zato što više atoma ...
Artyom Yoganov: Ne, zbog činjenice da se atomi nalaze strogo na određeni način, možemo primijetiti takvu sliku difrakcije. Ova slika je vrlo simetrična, a važno je. Nađimo Oleg za sjajno izveden eksperiment, što bi Nobelovu nagradu dovela prije 100 godina.
Sljedeće - sljedeće godine, otac i sin Bragga naučili su dešifrirati difrakcijske slike, odrediti kristalne strukture. Prve strukture bile su vrlo jednostavne, ali sada zahvaljujući najnovijim metodologijama za koje je Nobelova nagrada dodijeljena 1985. godine, već je moguće dešifrirati već vrlo vrlo, vrlo složene strukture na osnovu eksperimenta. Evo eksperimenta koji sam reproducirao i oleg. Evo izvorne strukture, postoji benzenski molekul, a Oleg je promatrao takvu difrakcijsku sliku. Sada, uz pomoć eksperimenta, moguće je dešifrirati vrlo složene strukture, posebno strukturu kvasistala, a za otvaranje kvasistala, ovo novo stanje čvrste supstance, prošle godine je dato Nobelovo vrhunsku premiju. Koliko je to područje dinamično, koja se temeljna otkrića izvode u našem stoljeću! Struktura proteina i drugih biološki aktivnih molekula dekodira se i difrakcijom rendgenskih rendgenskih učenja, ovom velikom kristalografskom metodom.
Dakle, znamo razne države supstancije: naređene kristalne i kvazikristalne, amorfne (neuređene čvrstog stanja), kao i tečno, gasovitno stanje i razne polimerne države tvari. Znajući strukturu tvari, možete predvidjeti mnoge i mnoge njegove svojstva, a s velikim stupnjem pouzdanosti. Evo strukture magnezijum silikata, tip perovskog. Poznavanje približnih položaja atoma, možete predvidjeti, na primjer, tako prilično tešku imovinu, kao elastičnu konstantu - ovo svojstvo opisano rang tenzorom s mnoštvom komponente, a ovaj složeni objekt možete predvidjeti eksperimentalnom tačnošću, znajući samo položaj atoma. A supstanca je prilično važna, to je 40% količine naše planete. Ovo je najčešći materijal na zemlji. A sad da razumem svojstva ove supstance koja postoji na visokim dubinama, moguće je, znajući samo lokaciju atoma.
Želio bih reći malo o tome kako su svojstva nekretnina povezana kao predviđaju strukturu tvari tako da se mogu predvidjeti novi materijali, a što je učinjeno sa ovakvim metodama. Zašto je ledeni lakši od vode? Svi znamo da ledeni brijeg plivaju i ne utaju, znamo da je led uvijek na površini rijeke, a ne na dnu. Sta je bilo? Slučaj je u strukturi: Ako pogledate ovu strukturu leda, vidjet ćete velike šesterokutne praznine u njemu, a kada se led počne rastopiti, molekuli vode začepljuju ove šesterokutne praznine, zbog ove gustoće vode postaje veća od gustoća leda. I mi možemo pokazati kako se ovaj proces događa. Pokazaću vam kratki film, pažljivo pogledajte. Topljenje će početi sa površinama, tako da se zaista događa, ali ovo je računarski izračun. I vidjet ćete kako se topljenje širi iznutra ... Molekuli se kreću, a vidite kako se ovi šesterokutni kanali začepljuju, a ispravnost strukture je izgubljena.
Led ima nekoliko različitih oblika i vrlo zanimljiv oblik leda, koji se ispostavi ako postignete prazninu ledene strukture gostujućih molekula. Ali sama struktura će se takođe promijeniti. Govorim o takozvanim plinskim hidratarima ili skupovima. Vidite okvir molekula vode u kojima postoje praznini u kojima su prisutni molekuli ili atomi gosta. Molekuli gostiju mogu biti metane - prirodni plin, može biti ugljični dioksid, možda, na primjer, atom ksenona, a svaki od ovih hidratara plina ima zanimljivu priču. Činjenica je da rezervacije metana sadrže 2 narudžbe veličine više od prirodnog plina od tradicionalnih plinskih polja. Depoziti ove vrste nalaze se u pravilu, na morskoj polici i u zonama permafrosta. Problem je što ljudi još nisu naučili sigurno i profitabilno izvlače plin od njih. Ako se ovaj problem riješi, čovječanstvo će moći zaboraviti na energetsku krizu, imat ćemo praktično neiscrpan izvor energije za naredna veka. Vodonik ugljični dioksid je vrlo zanimljiv - može se koristiti kao sigurna metoda odlaganja viška ugljičnog dioksida. Preuzimate ugljični dioksid pod niskim pritiskom u ledu i baci ga na morsko dno. Ovaj led postoji potpuno mirno postoji mnogo hiljada godina. Xenonov hidrat služio je kao objašnjenje ksenonske anestezije, hipoteza, koja je prije 60 godina imenovala od Grand Crystalochemist Linus Polingom: činjenica je da ako se osoba daje za podizanje ksenona pod niskim pritiskom. Korišteno je i čini se, sada se ponekad koristi za anesteziju u hirurškim operacijama. Zašto?
Ksenon pod malim pritiskom oblici spojevi sa molekulama vode, formirajući iste hidratacije plina, koji su začepljuju širenje električnog signala preko ljudskog nervnog sistema. A signal protiv boli iz opercene tkanine jednostavno ne doseže mišiće, zbog činjenice da je upravo s takvom strukturom, ksenonskim hidratom. Bila je to prva hipoteza, možda je istina složenija, ali nema sumnje da je istina u blizini. Kada govorimo o takvim poroznim tvarima, nemoguće je ne prisjetiti mikroporozne silikate, takozvane zeolite, koji se vrlo široko koriste u industriji za katalizu, kao i za odvajanje molekula sa pucanjem ulja. Na primjer, molekuli oktana i mezookeja savršeno su odvojeni zeolitima: ovo je ista hemijska formula, ali struktura molekula je malo drugačija: jedan od njih je dugačak i tanka, drugi je kratak i debeo. I onaj koji je tanak, prolazi kroz praznine strukture, a ona koja je gusta, pročinjena je, pa takve strukture, takve tvari nazivaju molekularne sive. Ova molekularna sita koriste se za pročišćavanje vode, posebno vode koju pijemo u našim dizalicama, treba proći kroz više filtera, uključujući i uz pomoć zeolita. Tako se možete riješiti kontaminacije sa najčešćim hemijskim zagađivačima. Hemijski zagađivači ponekad su izuzetno opasni. Priča zna primjere trovanja teškim metalima doveli su do vrlo tužnih povijesnih primjera.
Sudeći su u cijeloj žrtvima žive žive bili prvi prvi car Kine - Qin Shihuandi i Ivan The Grozni, a takozvani ludi šešir proučavan je vrlo dobro, u 18-19 vijeka u Engleskoj koji rade u cijeloj klasi ljudi koji rade u Industrija šešira bila je vrlo rana neurološka bolest nazvala je bolest lude šešira. Njihov je govor postao neusklađen, njihovi postupci su besmisleni, njihovi su udovi nekontrolirani drhtani, pa su pali u demenciju i ludilo. Njihovo tijelo je stalno bilo u kontaktu sa Merkurom, jer su natopili ove šešire u rješenjima žive soli, koji su pali u svoje tijelo i udarali u nervni sistem. Ivan Grozny bio je vrlo progresivan, dobar kralj u dobi od 30 godina, nakon toga se prešao preko noći - i postao je lud tiran. Kad je njegovo tijelo ekshumirano, pokazalo se da je imao oštro deformirane kosti, a oni su sadržavali ogromnu koncentraciju žive. Činjenica je da je kralj patio od ozbiljnog oblika artritisa, a u to vrijeme artritis je tretiran trljanjem žive masti - to je bio jedini lijek, a možda samo Merkur objašnjava čudno ludilo Ivana Ivana. Qin Shihuandi, osoba koja je kreirala Kinu u svom trenutnom obliku, pravila 36 godina, a prvih 12 godina bio je lutka u majčinim rukama, iznajmljivanje, njegova je priča slična historiji Hamleta. Majka i njen ljubavnik ubili su svog oca, a potom se pokušali riješiti sebe i priča je užasna. Ali, bilo je imperativ, počeo je vladati - i 12 godina je zaustavio građanski rat između 7 kraljevstava Kine, koji je trajao 400 godina, ujedinjeni Kinu, novcem, jedinstvenog kineskog pisanja, on Izgradio je sjajan kineski zid, izgradio je 6, 5 hiljada kilometara autoputa, koji se i dalje koriste, kanali koji se još koriste, a to je učinilo jednu osobu, ali posljednjih godina pretrpio je neki čudan oblik maničnog ludila. Njegovi alkemičari da bi mu bili besmrtni dao mirnu tablete, verovali su da će ga učiniti besmrtnim, kao rezultat toga, ta osoba, očigledno, odlikuje nasumičnim zdravljem, umrla, nije živela i do 50 godina, a do 50 godina i do 50 godina, a do 50 godina, a poslednjih godina ovog kratkog života bili su omroketirani ludilo. Trovanje olovom, eventualno da su svoje žrtve mnogih rimskih careva: u Rimu došlo do vodeće vode, akvadukt i poznato je da su sa olovnim otrovanjem, određene mozgene odjele, moguće je vidjeti čak i na tomografskim slikama, Inteligencija pada, IQ pada, osoba postaje vrlo agresivna. Trovanje olova - do danas velikim problemima mnogih gradova i zemalja. Da biste se riješili ove vrste nepoželjnih posljedica, moramo razviti nove materijale za čišćenje okoliša.
Zanimljivi materijali, nisu u potpunosti objašnjeni, su superprovodnici. Superprovodktivnost je takođe bila otvorena pre 100 godina. Ovaj fenomen je u velikoj mjeri egzotični, bio je otvoreno otvoren. Samo se ohladilo živa u tečnom helijumu, odmjeren je električni otpor, ispostavilo se da ga ne smije glatko na nulu, a kasnije se ispostavilo da superprovodnici u potpunosti guraju magnetsko polje i mogu se leviti u magnetskom polju. Ove dvije karakteristike superprovodnika koriste se prilično široko u visokotehnološkim aplikacijama. Objašnjeno je vrstu supeprovodktivnosti, koja je otvorena pre 100 godina, objašnjenje je bilo potrebno za pola veka, ovo objašnjenje donijelo je Nobelovu nagradu Johna Bardina i njegove kolege. Ali tada u 1980-ima, već u našem stoljeću otvorena je nova vrsta superprovodktivnosti, a najbolji superprovodnici pripadaju ovoj klasi - superprovodnici visokih temperatura na bazi bakara. Zanimljiva karakteristika je da takva superprovodljivost još uvijek nema objašnjenje. Aplikacije iz superprovodnika puno. Na primjer, koristeći superprovodnike stvaraju najmoćniju magnetna polja, a to se koristi u magnetskoj rezonancijskoj snimanju. Obraćavajući vozovi na magnetskom kotrljanju - još jedna aplikacija, a ovdje je fotografija koju sam lično učinio u Shanghaiju na takvom vlaku - vidljiv je pokazatelj brzine od 431 kilometara na sat. Superpoduktivni su ponekad vrlo egzotični: već 30. Organski superprovodnici su poznati do 30 godina, I.E. superprovodnici na bazi ugljika, ispostavilo se, čak i dijamant se može napraviti malom količinom borona atoma. Grafit se može napraviti i superprovodnikom.
Ovdje je zanimljiva povijesna paralela o tome kako svojstva materijala ili njihova neznanja mogu imati fatalne posljedice. Dvije priče koje su vrlo lijepe, ali, očito su povijesno pogrešno, ali i dalje ću im reći, jer je prekrasna priča ponekad bolja od istinite priče. U popularnom naučnoj literaturi, vrlo je često moguće ispuniti reference na način na koji efekt limene kuge - i njenog uzorka - uništili su ekspediciju Napoleona u Rusiju i kapetan Scott na južnog pola. Činjenica je da limenka na temperaturi od 13 stepeni Celzijusa podvrgava tranziciju iz metala (ovo je bijela limenka) u sivu limenku, poluvodiču, dok gustoća naglo padne - a limenka se raspada. To se naziva "TIN PUGE" - TIN se jednostavno zgužva. A evo priče koju nisam ispunio puno objašnjenje. Napoleon dolazi u Rusiju sa 620 hiljada vojske, daje samo nekoliko relativno malih bitaka - i to je dokono na Borodin samo 150 hiljada ljudi. 620 dolazi u Borodin gotovo bez borbe dolazi 150 hiljada. Uz Borodina, oko 40 hiljada žrtava, zatim se povlačenje iz Moskve - i 5 hiljada ljudi dopire do Pariza. Uzgred, a povlačenje je bilo gotovo bez borbe. Šta se dešava? Kako od 620 hiljada bez borbe za vožnju do 5 hiljada? Postoje istoričari koji tvrde da su krivi za cijelu kangula: gumbi na uniformskim vojnicima bili su napravljeni od limene, kosik koji se raspada, čim se prehladi, - a vojnici su se zapravo goli u ruskom mrazu. Problem je što su gumbi izrađeni od prljave limene, koji je stalno za limenu kugu.
Vrlo često možete vidjeti u popularnoj nauci, spomenuti da su kapetan Scott u različitim verzijama ili sa sobom avioni u kojima su rezervoari za gorivo imali limenu lemljenju, ili konzervirana hrana u limenim banacima, a ekspedicija je umrla od gladi i hladnoće. Zapravo sam pročitao dnevnike kapetana Scota - nije spomenuo avioni, imao je neke Aerosanije, ali opet ne piše o rezervoaru za gorivo, a on također ne piše o konzerviranoj hrani. Dakle, ove hipoteze, očigledno su netačne, ali vrlo zanimljive i poučne. I sjetite se efekta limene kuge u svakom slučaju koristan ako idete u hladnu klimu.
Evo još jednog iskustva, a onda će mi trebati kipuću vodu. Drugi učinak povezan sa materijalima i njihovom strukturom, što ne bi došlo do jedne osobe, - učinak obrazaca, takođe otvorila i sasvim slučajno. Na ovoj ilustraciji vidite da su moje kolege napravile dva pisma iz ove žice: T u, Tehnički univerzitet, očvršćivali su ovaj oblik na visokim temperaturama. Ako naručite neki obrazac na visokim temperaturama, materijal će se sjećati ovog obrasca. Možete napraviti srce, na primjer, davati dušo i reći: ovo srce će se sjećati mojih osjećaja zauvijek ... Tada se ovaj obrazac može uništiti, ali čim ga date u toplu vodu, obrazac se obnavlja, Izgleda kao magija. Upravo ste prekršili ovaj obrazac, ali stavite u toplu vodu - obrazac se obnavlja. I sve je to zbog vrlo zanimljive i prilično tanke strukturne transformacije, koja se javlja u ovom materijalu na temperaturi od 60 stepeni Celzijusa, zbog čega im treba vruća voda u našem iskustvu. A ista transformacija nastaje i u čeliku, ali u čeliku se pojavljuje pre sporo - a memorija na efekt obrasca se ne događa. Zamislite da li je čelik također pokazao takav efekat, živjeli bismo u potpuno drugom svijetu. Učinak oblika obrasca nalazi se puno aplikacija: zubne zagrade, srčane karike, dijelove motora u avionima za smanjenje buke, šiljaka u plinovodu i navodnice. A sada mi treba još jedan volonter ... molim vas kako se zovete? Vika? Trebat će nam pomoć Wiki sa ovom žicom, ovo je žičana memorijska žica. Ista legura Nitinol, legura nikla i titanijuma. Ova žica je bila kaljena u obliku ravne žice i zapamtit će se ovaj oblik zauvijek. Vika, uzmi komad ove žice i njegov način da se prepusti, učini tako da je to indirektno, samo čvorovi ne kravate: čvor ne podiže. A sada ga pokucaju u kipuću vodu, a žica će se sjećati ovaj oblik ... Pa, kako, ispravno? Ovaj efekat se može primijetiti zauvijek, vjerovatno sam ga vidio hiljadu puta, ali svaki put, kao dijete, izgledam i divim se što lijep učinak. Idemo na viku. Bilo bi lijepo kad bismo naučili takve materijale da predvidimo na računaru.
Ali optička svojstva materijala koji su takođe potpuno netrivial. Ispada, mnogo materijala, gotovo svi kristali, podijelili su snop svjetlosti na dvije grede, koje putuju u različitim smjerovima i različitim brzinama. Kao rezultat, ako pogledate kristal na nekom natpisu, natpis će uvijek biti malo. Ali, u pravilu, nerazumljivo za naše oči. U bolnim kristalima ovaj je efekt toliko jak da zaista možete vidjeti dva natpisa.
Pitanje iz dvorane:Jeste li rekli - u različitim brzinama?
Artem Oganov:Da, brzina svjetlosti je konstantna samo u vakuumu. U kondenzovanim medijima je niža. Zatim smo navikli misliti da svaki materijal ima definiranu boju. Ruby - Crvena, safir - plava, ali ispostavilo se, boja također može ovisiti o smjeru. Općenito, jedna od glavnih karakteristika kristala je anisotropija - ovisnost nekretnina imovine. Nekretnine u ovom pravcu i u ovom pravcu variraju. Evo mineralnog kormilara, koji u različitim smjerovima boja se mijenja od smeđe-žute u plavu, ovo je isti kristal. Da li mi neko veruje? Doneo sam poseban Cordieritni kristal, molim vas ... pogledajte koju boju?
Pitanje iz dvorane:Čini se da je bijela, ali tako ...
Artem Oganov:Iz nekog svjetla, poput bijelog, do ljubičaste, samo rotirate kristal. U stvari, postoji islandska legenda o tome kako su Vikings otvorile Ameriku. I mnogi istoričari vide u ovoj legendi pokazatelj upotrebe ovog efekta. Kada su vikinzi izgubili usred Atlantskog okeana, njihov Konung izvadio je određeni solarni kamen, a u sumraku je uspela da odredi smjer na zapadu, pa su hodali u Ameriku. Što je solarni kamen, ali mnogi povjesničari vjeruju da je sunčan kamen da vika drži u rukama, kkretisitis, Cordierit se nalazi s obale Norveške, a uz pomoć ovog kristala se zaista može kretati U svjetlu sumraka u večernjim svjetlošću, kao i u polarnim širinama. A ovaj efekat su koristili američki zračni sila do 50-ih, kada je došlo do naprednijih načina zamijeniti. Ali još jedan zanimljiv efekat - Aleksandrit, ako neko ima želju, donio sam kristalno sintetičko aleksandrit, a njegove boje se mijenja ovisno o izvoru svjetlosti: dnevno i električno. I na kraju, još jedan zanimljiv efekat, koji mnogi vekovima nisu mogli razumjeti naučnike i istoričare umjetnosti. PUT LIKURG-a je objekt koji su napravili rimski zanatlije prije više od 2 hiljade godina. U raspršenoj svjetlosti ova posuda ima zelenu boju, a u prolazu - crvenu. I bilo je moguće uzeti to doslovno prije nekoliko godina. Pokazalo se da posuda nije napravljena od čistog stakla, ali sadrži zlatne nanočestike, koji stvaraju ovaj efekat. Sada razumijemo prirodu boje - boja je povezana s određenim rasponima apsorpcije, s elektroničkom strukturom tvari, a to je zauzvrat povezana s atomskom strukturom tvari.
Pitanje iz dvorane:Koncepti "odrazili" i "prolazak" mogu se objasniti?
Artem Oganov:Može! Uzgred, primjećujem da su ove vrlo apsorpcione spektre određene zašto je kordieritis različite boje u različitim smjerovima. Činjenica je da je sama struktura kristal - posebno, Cordieritis - izgleda drugačije u različitim smjerovima, a svjetlost u ovim smjerovima apsorbira se na različite načine.
Šta je bijelo svjetlo? Ovo je cijeli spektar od crvenog do ljubičice, a kada se lampica prolazi kroz kristal, dio ovog raspona se apsorbuje. Na primjer, kristal može apsorbirati plavu, a ono što će se dogoditi kao rezultat, možete vidjeti iz ove tablice. Ako apsorbirate plave zrake, a zatim na izlazu ćete imati narandžastu boju, odnosno kad vidite nešto narančasto, znate da se ta supstanca apsorbuje u plavom rasponu. Raštrted svjetlo je kada imate istu lišajnu posudu na stolu, lagana pada, a neka od ovog svjetla se raspadaju i padne u vaše oči. Raspršivanje laganog se pokorava potpuno različite zakone i posebno ovisi o zrnu objekta. Zahvaljujući raspršivanju svijetlo plavog neba. Postoji zakon Rayleigh Raspadanja, sa kojim možete objasniti ove boje.
Pokazao sam vas kako su nekretnine povezane sa strukturom. I kako mogu predvidjeti kristalnu strukturu, sada ćemo izgledati kratko. Dakle, zadatak predviđanja kristalnih struktura donedavno se smatralo neriješenim. Sam zadatak je formulisan na sljedeći način: Kako pronaći lokaciju atoma, što daje maksimalnu stabilnost - to jest, najniža energija? Kako uraditi? Možete, naravno, proći kroz sve mogućnosti za lokaciju atoma u svemiru, ali ispostavilo se da su takve opcije toliko da nemate dovoljno života da biste prošli, u stvari, čak i za prilično jednostavne sisteme, Recimo, sa 20 atoma, trebat će vam više od vremena života svemira da prođete kroz sve ove moguće kombinacije na računaru. Stoga je vjerovalo da je ovaj zadatak bezrezervan. Ipak, ovaj zadatak je riješen i nekoliko metoda, i najefikasnija metoda, iako je možda i neshvaćena, razvila moja grupa. Metoda se naziva "uspjeh", "USPEX", evolucijsku metodu, evolutivni algoritam, suština koju ću vam sada pokušati objasniti. Zadatak je ekvivalentan pronalaženju globalnog maksimuma na višedimenzionalnoj površini - za jednostavnost, razmotrite dvodimenzionalnu površinu, površinu zemlje, gdje trebate pronaći najvišu planinu, bez ikakvih karata. Formulirajmo to kako je to formulisalo ovo je moj australijski kolega Richard Clegg - on je australijski, voli kengur, a u svojoj formulaciji sa kengualtom, dovoljno neintelektskim životinjama, morate odrediti najvišu točku na površini tla. KengurOO razumije samo jednostavna uputstva - pođite gore, spustite se. U evolucijskom algoritmu bacamo sa slijetanjem kenguroo-a, slučajno, u različitim točkama planete i dajemo svakom od njih upute: Idi na vrh najbližeg brda. I oni idu. Kada ovi kenguru dosegne planine vrapce, na primjer, a kada je u pitanju Elbrus, a oni koji nisu visoki, pomaknuti su, pucaju. Hunter dolazi, skoro je rekao umjetnik, lovac dolazi i puca, a oni koji su preživjeli, dobivaju pravo da množi. I zahvaljujući tome, moguće je izdvojiti najperspektivnija područja prostora za pretraživanje. I korak po korak, pucajući više i veći kengur, prebacivate KANGARO-ove stanovništvo na globalni maksimum. Kengur će proizvesti sve uspješnije potomstvo, lovci će pucati sve više i više penjajući kenguru, pa tako možete jednostavno jednostavno pokrenuti ovu populaciju.
A ovo je suština evolutivnih metoda. Za jednostavnost, spuštam tehničke detalje, jer je to precizno provedeno. A ovdje je još jedna dvodimenzionalna provedba ove metode, postoji energetska površina, moramo pronaći vrlo plavu točku, naše originalne, slučajne, konstrukcije su ove masne tačke. Izračun odmah razumije koji su od njih loši, ovdje u crvenim i žutim područjima, koja od njih su najperspektivnija: u plavoj, zelenkastoj poljima. I korak po korak gustoća testiranja najperspektivnijih područja raste dok ne nađemo najnasidniju, najstabilniju strukturu. Postoje različite metode za predviđanje struktura - metode slučajnog pretraživanja, umjetne žarenje i tako dalje, ali najmoćnija metoda je bila ovo, evolucijska.
Najteže je način na koji potomci proizvesti roditelje na računaru. Kako uzimati dvije roditeljske strukture i napraviti dijete? U stvari, možete učiniti djecu ne samo iz dva roditelja na računaru, eksperimentirali smo, pokušali smo od tri i od četiri. Ali, kako se ispostavilo, to ne dovodi do nečeg dobra, baš kao u životu. Dijete je bolje ako dva roditelja. Jedan roditelj takođe, usput, radovi, dva roditelja su optimalna, a tri ili četiri više ne rade. Evoluciona metoda ima nekoliko zanimljivih značajki koje su, usput, u odnosu na to s biološkom evolucijom. Vidimo kako od neprikladnih, slučajnih struktura iz kojih započinjumo izračun, vrlo organizirani, visoko naređeni rješenja pojavljuju se tijekom izračuna. Vidimo da su proračuni najefikasniji kada je populacija struktura najizravnije. Najstabilnija i najvažnija populacija su populacija raznolikosti. Na primjer, ono što volim Rusiju je činjenica da u Rusiji - 150 sa više od nacija. Postoje plavuša, postoje tamnokosi, postoje sve vrste kavkaške nacionalnosti lica poput mene, a sve to daje rusku stabilnost i budućnost stanovništva. Monotona populacija budućnosti nemaju. To se može vidjeti iz izračunavanja ePolutiranja izuzetno bistrim.
Možemo li predvidjeti da je stabilan oblik ugljika na atmosferskim pritiscima grafit? Da. Ovaj izračun je vrlo brz. Ali pored grafita, proizvodimo nekoliko zanimljivih malo manje stabilnih rješenja u istom izračunu. A ove odluke mogu biti i zanimljive. Ako podignemo pritisak - grafit je već nestabilan. I stabilan dijamant, a mi ga tako lako nalazimo. Pogledajte kako iz poremećenih početnih struktura, izračun brzo proizvodi dijamant. Ali prije nego što se nađe dijamant, izrađuje se niz zanimljivih struktura. Na primjer, ova struktura je. Dok dijamant ima šesterokutni prstenje, vidljivi su 5 i 7 prstenova uglja. Ova struktura je samo neznatno inferiorna u dijamantima stabilnosti, a u početku smo mislili da je znatiželjno, a zatim se pokazalo da je ovo novi, u nedavno u nedavno u nevolji i našim kolegama. Ovaj izračun izveden je u milion atmosfere. Ako pritisnemo do 20 miliona atmosfera, dijamant će prestati biti stabilan. I umjesto dijamanta, vrlo čudna struktura bit će stabilna, o tome što je stabilnost ugljika na takvim pritiscima već navela mnogo desetljeća, a naš izračun potvrđuje.
Mnogo što su radili i SAD-a, a naši kolege sa ovom metodom, pred vama je mali izbor različitih otkrića. Dopustite mi da mi kažem samo o nekim od njih.
Ovom metodom možete zamijeniti laboratorijsko otvaranje materijala na računaru. U laboratorijskom otvaranju materijala, nenadmašan prvak bio je Edison, koji je rekao: "Nisam trpio 10 hiljada neuspjeha, našao sam samo 10 hiljada načina koji ne rade." To vam govori o tome koliko su pokušaja potreba, neuspješni pokušaji da se obaveze prije obavljanja stvarnog otkrića ovim metodom, a uz pomoć kompjuterskog dizajna možete tražiti uspjeh u 1 pokušaju od 1, 100 od 100, 10 hiljada od 10 hiljada od 10 Hiljadu, ovo je naš cilj je zamijeniti metodu Edisona na nešto mnogo produktivnije.
Sada možemo optimizirati ne samo energiju, već i svaku imovinu. Najjednostavnija imovina je gustina, a najdušniji materijal od dobro poznatog dijamanta je i dalje. Almaz općenito bilježi držač na više načina. Dijamantski kubični centimetar sadrži više atoma nego u kubnom centimetru bilo koje druge supstance. Almaz - Držač za hardver, a ovo je ujedno i najmanje komprimična supstanca od poznatih. Da li je moguće pobijediti ove zapise? Sada možemo postaviti ovo pitanje na računaru, a računar će odgovoriti. A odgovor je da, možete pobijediti neke od ovih zapisa. Pokazalo se da je na gustoću dijamanta da se vrlo lako pobijede, postoje gustim oblicima ugljika, koji ispunjavaju uvjete za postojanje, ali još nisu sintetizirani. Ovi karbonski oblici pobijedili su dijamant ne samo denzitetom, već i optičkim svojstvima. Imat će veće refraktivne indekse i disperziju svjetlosti - šta to znači? Refraktivni indeks dijamanta pruža dijamant na nenadmašan sjaj i unutarnji odraz svjetla - i disperzij svjetlosti znači da će bijela svjetlost podijeliti na spektrom od crvenog do ljubičastog, čak i više nego što ga čini više nego što ga čini više nego što je dijamant. Ovdje, usput, materijal koji često zamjenjuje dijamant u industriji nakita je kubni cirkonijum dioksid, zabrana. Prelazi dijamant na disperzij svjetlosti, ali, nažalost, inferiorniji je dijamantskom sjaju. A novi ugljični obrasci osvojit će dijamant na oba pokazatelja. Šta je sa tvrdoćom? Do 2003. godine, verovalo je da je tvrdoća da ljudi nikada neće naučiti da predviđaju i očekuju, u 2003. godini, sve se promijenilo s radom kineskih naučnika, a u Kini je posjetio Yankan u Kini, gdje sam dobio drugi stepen Počasni profesor, a tu sam posjetio osnivača svih ove teorije. Ova teorija smo uspjeli razviti.
Evo tablice koja pokazuje kako su procijenjene definicije tvrdoće u skladu sa eksperimentom. Za većinu normalnih tvari, saglasnost je odlična, ali za grafitnu model je predvidio da bi trebao biti super humus, što je očigledno netačno. Uspjeli smo razumjeti i eliminirati ovu grešku. A sada, uz pomoć ovog modela pouzdano smo predviđali tvrdoću za bilo kakve supstance, a na računaru možemo postaviti sljedeće pitanje: Koja je supstanca najteža? Da li je moguće prekoračiti dijamant tvrdoće? Ljudi su zapravo razmišljali o tome mnogo nekoliko decenija. Dakle, koja je čvrsta struktura ugljika? Odgovor je obeshrabrivao: dijamant i ne može biti ništa čvršće u ugljiku. Ali možete pronaći karbonske konstrukcije koje će biti blizu dijamanta. Ugljične konstrukcije koje su blizu dijamantske tvrdoće, zaista imaju pravo postojati. I jedan od njih je onaj koji sam vam pokazao prije, sa 5 i 7 člana. Dubrovinski u 2001. godini predložen je u literaturi ultracealnoj supstanci - Titanijum dioksid, verovalo je da je sumnjivo inferiorniji od dijamanta, ali bilo je sumnje. Eksperiment je bio prilično kontroverzan. Gotovo sva eksperimentalna mjerenja iz tog rada prije su bile prije ili kasnije odbijena: tvrdoća koja treba preuzeti bila je vrlo teška, zbog male veličine uzoraka. Ali izračun je pokazao da je tvrdoća također pogrešna mjerena u eksperimentu, a stvarna tvrdoća titanijum dioksida je oko 3 puta manja od eksperimentatora tvrde. Dakle, sa ovakvim proračunima možete čak suditi koji je eksperiment pouzdan, što nije, tako da su ti proračuni sada dostigli veliku tačnost.
Druga priča koju bih želio reći, povezana je sa ugljikom - posebno se brzo odvija u posljednjih 6 godina. Ali ona je započela prije 50 godina, kada su takvi eksperiment proveli američki istraživači: oni su uzeli grafit i stisnuli su ga na pritisak od oko 150-200 hiljada atmosfere. Ako se grafit komprimira na visokim temperaturama, mora ući u dijamant, najstabilniji oblik ugljenika na visokim pritiscima je upravo tako dijamant i sintetizira. Ako ovaj eksperiment obavljate na sobnoj temperaturi, tada dijamant ne može formirati. Zašto? Budući da restrukturiranje strukture koja je potrebna za transformiranje grafita u dijamantu, kruti su i velike, također za razliku od ovih struktura, a energetska barijera da bi bila prevelika za savladavanje. I umjesto formiranja dijamanta, promatrat ćemo formiranje određene druge strukture, a ne najstabilnije, već one koje najmanje velika barijera obrazovanja. Nudili smo takvu strukturu - i nazvali ga M-Carbon, ovo je većina strukture sa 5- i 7 člana; Moji armenski prijatelji šali ga nazivaju "Mugleod-Schmugarod". Pokazalo se da ova struktura u potpunosti opisuje rezultate iskustva prije 50 godina, a iskustvo se ponavljalo više puta. Doživite, usput, vrlo lijepa - stiskanje na sobnoj temperaturi grafitni (crni, meki neprozirni polumetar), pod pritiskom, istraživači su dobili prozirni super-visoki ne-metal: potpuno fantastična transformacija! Ali to nije dijamant, njena svojstva nisu u skladu s dijamantjem, a naša hipotetička tada je struktura u potpunosti opisana svojstva ove supstance. Bili smo užasno oduševljeni, napisao članak i objavio ga u prestižnom časopisu fizičkih pregleda pisama i oborila glatku godinu na lovorike. Godinu dana kasnije, američki i japanski naučnici pronašli su novu strukturu, potpuno različite od nje, sa 4 i 8 članova prstenova. Ova struktura je potpuno drugačija od našeg, ali gotovo i opisuje eksperimentalne podatke. Problem je što su eksperimentalni podaci bili niske dozvole, a za njih su bile mnoge druge strukture. Za još šest mjeseci, Kinezi su pozvali W-Carbon na ime, a W-Carbon je također objasnio eksperimentalne podatke. Ubrzo je priča postala groteska - pridružile su se novim kineskim skupinama, a Kinez je proizveo, a nalaze se oko 40 građevina, a svi su pogodni za eksperimentalne podatke: P-, Q-, R-, S-Carbon, Q -Karbon, X -, Y-, Z-Carbon, M10-Carbon je poznat, X'-Carbon, a tako dalje - već abeceda nije dovoljna. Pa ko je u pravu? Općenito, govoreći, prava potraživanja u pravu naše m-ugljika u početku bila su potpuno iste i mnoge druge.
Replika iz hodnika:U redu.
Artem Oganov:To se takođe ne događa! Činjenica je da priroda uvijek bira ekstremna rješenja. Ne samo ljudi ekstremisti, već je i priroda i ekstremista. Na visokim temperaturama, priroda bira najstabibistinu državu, jer na visokim temperaturama možete proći kroz bilo koju energetsku barijeru, a na niskim temperaturama priroda bira najmanje barijeru, a samo jedan može biti pobjednik ovdje. Šampion može biti samo jedan - ali ko tačno? Moguće je provesti eksperiment visoke rezolucije, ali ljudi su se probali 50 godina, a niko ne uspijeva, svi su rezultati bili niski kvalitet. Možete izvršiti izračun. I u izračunu bi bilo moguće razmotriti barijere za aktiviranje u formiranju svih ovih 40 struktura. Ali, prvo, Kinezi još uvijek živjeli novim i novim strukturama, a bez obzira koliko ste pokušali, bilo kakvo jednako na bilo kojem Kinezu, a ja ću imati drugu strukturu, a ti ćeš uzeti do kraja života. Aktivacijske barijere dok se ne pošaljete u zasluženi odmor. Ovo je prva složenost. Druga poteškoća je razmotriti barijere za aktiviranje vrlo i vrlo teško u čvrstim transformacijama, to je zadatak koji je izuzetno nerivial, potrebne su vam posebne metode i moćna računala. Činjenica je da se te transformacije događaju u cijelom kristalu, već na početku u malom fragmentu - embrio, a zatim se širi na klim dalje. I model ovog klica je izuzetno težak zadatak. Ali pronašli smo ovu metodu, metodu koja je razvijena pred austrijskim i američkim naučnicima i prilagodio ga našem zadatku. Uspjeli smo izmijeniti ovu metodu tako da bismo mogli riješiti ovaj zadatak jednom i za sve. Zadatak postavljamo na sljedeći način: Ako započnete s grafitom, čvrsto navedenim početnim stanjem, a konačno stanje je specificirano nejasno - bilo koji tetraedra, sp3-hibridizirani ugljenični oblik (naime, očekujemo pod pritiskom), a onda koje će barijere biti minimalne ? Ova metoda zna kako računati barijere i pronaći minimalnu barijeru, ali ako konačno stanje odredimo kao ansambl različitih struktura - tada možemo u potpunosti riješiti problem. Započeli smo proračun transformacije grafita - dijamant kao "sjeme", znamo da se ta transformacija ne primijeće u eksperimentu, ali nas je zainteresirana - što izračunava s ovom transformacijom. Čekali smo malo (u stvari, ovaj je izračun trajao šest mjeseci na superkompjuter) - i izračun umjesto dijamanta izdao je M-Carbon.
Općenito, moram reći, imam izuzetno sretnu osobu, imao sam priliku da pobijedim 1/40, jer je bilo oko 40 struktura koje su imale jednaku šansu za pobedu, ali lutrijsku kartu ponovo sam izvukla. Naš M-Carbon, objavili smo naše rezultate u prestižnom novom naučnom izvještaju o časopisu - ovo je novi časopis o prirodi, a mjesec nakon što smo objavili naše teorijske rezultate, rezultate eksperimenta visoke rezolucije, po prvi put za 50 godina. Istraživači sa Univerziteta Yale dali su eksperiment visoke rezolucije i provjerili sve ove strukture, a pokazalo se da samo M-Carbon zadovoljava sve eksperimentalne podatke. A sada na popisu ugljičnih oblika postoji još jedan eksperimentalno i teoretski instaliran karbonski altropy, M-Carbon.
Spominjem se o drugoj alhemijskoj transformaciji. Pod pritiskom se očekuje da će sve tvari pretvoriti u metal, prije ili kasnije, svaka će supstanca postati metal. I šta će se dogoditi sa supstancom koja je u početku već metal? Na primjer, natrijum. Natrijum uopće nije samo metal, ali nevjerojatan metal koji opisuje model slobodnih elektrona, odnosno ovo je maksimalni slučaj dobrog metala. Šta će se dogoditi ako se preda natrijumu? Ispada da će natrijum prestati biti dobar metal - na početku natrijuma pretvorit će se u jednodimenzionalni metal, odnosno, struja će se izvesti u samo jednom smjeru. Na većem pritisku predviđali smo da će natrijum izgubiti metal uopšte i pretvoriti se u crvenkasti prozirni dielektrični, a ako je pritisak još veći, postat će bez glazlje. Dakle - uzmi srebrni metal, stisnite ga - prvo se pretvara u loš metal, crni, poput uglja, shvaćate više - pretvara se u crvenkasti prozirni kristal, nalik na rubin, a onda postaje bijela, poput Steklyuškog. Predviđali smo to i časopis prirode, gdje smo ga poslali, odbili da ga objavi. Urednik je tekst vratio nekoliko dana i rekao: ne vjerujemo, previše egzotično. Pronašli smo eksperimentator, Mihail Eramtsz, koji je bio spreman provjeriti ovo predviđanje - i to je rezultat. Uz pritisak od 110 gigaskularne, to je 1,1 milion atmosfera, još uvijek je srebrni metal, na 1,5 milijuna atmosfera - crna je kao ugljen loš metal. Sa 2 miliona atmosfere - ovo je proziran crvenkast nemetalan. I već s ovim eksperimentom, vrlo smo lako objavljivali naše rezultate. To je, usput, prilično egzotično stanje supstance, jer se elektroni više ne razmažuju u prostoru (i u metalima) i nisu lokalizirani na atomima ili na vezu (kao u jonskim i kovalentnim agentima) - valentni elektroni koji natrijumu Obezbeđen metalni, stegnuti u prazninim prostorima u kojima nema atoma, a oni su jako lokalizirani. Takva supstanca može se nazvati elektridom, I.E. Sol, gdje je uloga negativno nabijenih jona, aniona, ne izvode atome (recimo, fluorin, hlor, kisik) i grozdove gustine elektrona, a naš natrijumski oblik je najlakši i najbidniji primjer elektrida od dobro poznatih .
Možete koristiti ovu vrstu proračuna i za razumijevanje tvari zemlje i planetarnog podzemlja. Učimo o stanju zemaljskim podružnicama uglavnom na indirektnim podacima, prema seizmološkim podacima. Znamo da postoji metalik, koji se uglavnom sastoji od željeza, jezgre zemlje, a nemetalni, koji se sastoji od magnezijuma silikata, školjki, nazvanoj stazi, a na samoj površini - tanka kore na kojoj živimo, I koje znamo baš u redu. A unutrašnjost zemlje nisu nam nepoznati gotovo uopšte. Direktno testiranje Možemo istražiti samo na većini površine zemlje. Najdublji je Kola ultrawow, dubina je 12,3 kilometara, izbušena u SSSR-u, niko nije mogao biti bolji. Amerikanci su se pokušali popeti, provalili na ovom projektu i zaustavili je. U SSSR-u su bile ogromne količine, dober do 12 kilometara, tada se dogodilo restrukturiranje, a projekat je bio smrznut. Ali radijus zemlje je 500 puta više, pa čak i Kola ultra-duboka dobro izbušena samo površinu planete. Ali supstanca dubine zemlje definira Lac Zemlje: zemljotres, vulkanizam, drift kontinenta. Magnetno polje formirano je u Zemljinom kernelu, za koje nikad mi ne dođemo. Konvekcija rastopljenog vanjskog jezgra zemlje i odgovorna je za formiranje Zemljenog magnetnog polja. Uzgred, unutrašnja jezgra zemlje je čvrsta, a vanjska - rastopljena, to je poput čokoladnog slatkiša s rastopnom čokoladom, a unutar oraha - tako da možete zamisliti srž zemlje. Konvekcija čvrstog plašta zemlje - vrlo spora, njegova brzina je oko 1 centimetar godišnje; Više vrućih potoka idu gore, najslađe - dolje, a ovo je konvektivni pokret Zemljenog plašta i odgovorno za odvod kontinenta, vulkanizma, zemljotresa.
Važno pitanje - koja je temperatura u centru zemlje? Znamo pritisak seizmoloških modela, a temperatura ne daje ove modele. Temperatura se određuje na sljedeći način: Znamo da je unutrašnja jezgra čvrsta, vanjska jezgra je tečna, te da je jezgra sastoji od željeza. Dakle, ako znate talište željeza na ovoj dubini, onda znate temperaturu kernela na ovoj dubini. Izvršeni su eksperimenti, ali oni su dali nesigurnost od 2 hiljade diploma, a izrađeni su izrađeni, a proračuni su stavili točku na ovo pitanje. Talište gvožđa na granici unutarnjeg i vanjskog kernela bilo je oko 6,4 hiljade diploma Kelvina. Ali kada je geofizika naučila o tom rezultatu, pokazalo se da je ta temperatura prevelika kako bi se pravilno reproducirala karakteristike magnetnog polja zemlje - ta temperatura je previsoka. A ovdje se fizičari pamti da zapravo kernel nije čisto gvožđe, ali sadrži različite nečistoće. Šta, još uvijek ne znamo tačno, ali među kandidatima - kisikom, silikon, sumpor, ugljik, vodonik. Izmjenjujući različite nečistoće, uspoređujući njihove učinke, bilo je moguće shvatiti da talište treba smanjiti za oko 800 stepeni. 5600 stepeni Kelvin - takva temperatura na granici unutrašnje i vanjske jezgre zemlje, a ova procjena trenutno je općenito prihvaćena. Ovaj efekat spuštanja temperature nečistoća, eutektički pad talište, dobro poznat, zahvaljujući ovom efektu, naše cipele trpe zimi - put je pao da bi smanjio talište snijega, a hvala na ovome Sneg se kreće u tekućinu, a naše cipele pate od ove slane vode.
Ali, možda, najjači primjer iste pojave legura drveta - legura, koji se sastoji od četiri metala, postoje bizmuta, olova, limenka i kadmij, svaki od ovih metala ima relativno visoku talinu, ali učinak Međusobno smanjenje taline točke Djeluje toliko da se legura drveća topi u kipućoj vodi. Ko želi da uradi ovo iskustvo? Uzgred, ovaj uzorak legure drveta koji sam kupio u Erevanu na crnom tržištu, koji će vjerovatno dati ovo iskustvo dodatni okus.
Leite kipućom vodom, a ja ću zadržati legure drveta, a vidjet ćete kako kapi od legure drva pasti u čašu.
Pad pada - sve je dovoljno. Topi se na vrućim temperaturama vode.
A taj se efekat događa u Zemljinoj jezgri, zbog toga, talište obojene legure opada. Ali sada je sljedeće pitanje: ali ipak je kernel sastoji? Znamo da postoji puno željeza i postoje nečistoće svjetlosne elemente, imamo 5 kandidata. Počeli smo s najmanje vjerovatnim kandidatima - ugljikom i vodikom smatrani su poštovanjem. Moram reći da je donedavno malo ljudi obraćalo pažnju na ove kandidatima, obojica su se smatrala malo vjerovatnim. Odlučili smo to provjeriti. Sa zaposlenikom Državnog univerziteta u Moskvi, Zulfia Bazhanova, odlučili smo preuzeti ovaj slučaj, predvidjeti stabilne strukture i stabilne karbide i željezori u uvjetima zemljišne jezgre. To smo učinili i za Silicon, gdje se ne otkriva posebna iznenađenja - i za ugljik se pokazalo da su ti spojevi koji su se smatrali otpornim na više desetljeća, u stvari, po pritisku jezgra, ispada da je zemlja nestabilna. I ispada da je ugljik vrlo dobar kandidat, u stvari sam samo ugljikom može objasniti mnoga svojstva unutrašnje jezgre Zemlje savršene, suprotno prethodnim radovima. Vodonik se pokazao kao prilično loš kandidat, sami s vodikom ne može se objasniti bilo kojim vlasništvom kopnene jezgre. Vodonik može biti prisutan u malim količinama, ali on ne može biti glavni element-nečistoća u Zemljinom kernelu. Za hidridne hidrode pod pritiskom su našli i iznenađenje - pokazalo se da postoji održiva veza s formulom koja je u suprotnosti s školskom hemijom. Normalni hemičar hidridne hidridne formule pišit će kao FEH 2 i FEH 3, generalno gledano, još uvijek postoji FEH pod pritiskom, a oni su došli s tim - ali činjenica da se FEH 4 može pojaviti pod pritiskom, postalo je pravo pod pritiskom, postalo je pravo iznenađenje . Ako će naša djeca u školi napisati FAH 4 formulu, garantujem da će dobiti dva puta u hemiji, najvjerovatnije, čak i četvrtinu. Ali ispada da su pod pritiskom prekršeni pravila hemije - a takve egzotične spojeve se javljaju. Ali, kao što rekoh, GLAND hidridi malo je vjerovatno da bi se u zatvorenom prostoru zemlje, malo verovatno taj da je vodonik tamo prisutan u značajnim količinama, ali ugljik je najvjerovatnije prisutan.
I na kraju, posljednja ilustracija, o mantlu zemlje, ili bolje rečeno, o granici jezgre i plašt, takozvani sloj D ", koji ima vrlo čudnu svojstva. Jedna od nekretnina bila je anisotropija širenja seizmičkih talasa, zvučnih talasa: u vertikalnom smjeru i u vodoravnom smjeru brzine razlikuju se značajno. Zašto je tako? Dugo nisam mogao da razumem. Ispada da se u sloju nalazi nova struktura silikata magnezijuma na granici nukleusa i plašt zemlje. Uspjeli smo shvatiti ovo prije 8 godina. Istovremeno, mi i naši japanski kolege objavili su dva radova u nauci i prirodi, što je dokazalo postojanje ove nove strukture. Može se vidjeti odmah da ova struktura izgleda potpuno drugačije u različitim smjerovima, a njena svojstva trebaju se razlikovati u različitim smjerovima - uključujući elastična svojstva koja su odgovorna za raspodjelu zvučnih talasa. Uz pomoć ove strukture, sve te fizičke anomalije uspele su da objasne i dostave probleme dugi niz godina. Bilo je moguće čak i napraviti nekoliko predviđanja.
Konkretno, na manjim planetima, poput Merkura i Marsa, neće biti sloja poput sloja D ". Nema dovoljno pritiska za stabilizaciju ove strukture. Također je moguće predvidjeti da bi se kao zemljinsko hlađenje ovaj sloj trebao rasti, jer stabilnost post-perovske raste s padom temperature. Moguće je da kada je zemlja formirana, ovaj sloj uopće nije bio, a rođen je u ranoj fazi razvoja naše planete. I sve se to može razumjeti zbog predviđanja novih struktura kristalnih tvari.
Replika iz hodnika:Zahvaljujući genetskom algoritmu.
Artem Oganov:Da, iako je ovo posljednja priča o post-perovskom prethodila izumu ove evolucijske metode. Usput, ona je nailazila na mene zbog izuma ove metode.
Replika iz hodnika:Dakle, 100 godina ovog genetskog algoritma, tamo još nisu učinili.
Artem Oganov:Ovaj algoritam stvorio je meni i moj diplomski student u 2006. godini. Usput, da ga pogrešno nazovem "genetičkim", to je tačnije ime "evlivacijsko". Evolucijski algoritmi pojavili su se u 70-ima, a pronašli su upotrebu u vrlo mnogo područja tehnologije i nauke. Na primjer, automobili, brodovi i avioni optimizirani su uz pomoć evolucijskih algoritama. Ali za svaki novi zadatak, evolucijski algoritam je potpuno drugačiji. Evolucijski algoritmi nisu jedna metoda, već ogromna skupina metoda, cijelo ogromno područje primijenjene matematike i za svaku novu vrstu zadataka koje trebate izmisliti novi pristup.
Replika iz hodnika:Kakva matematika? Genetika je.
Artem Oganov:Ovo nije genetika - to je matematika. I za svaki novi zadatak morate izmisliti vaš novi algoritam iz nule. A ljudi su zapravo pokušali izmisliti evolucijske algoritme i prilagoditi ih da predviđaju kristalne strukture. Ali oni su preuzeli previše algoritmi iz drugih područja - i nije uspjelo, pa smo morali stvoriti novu metodu od nule, i pokazalo se da je vrlo moćan. Iako region evolucijskih algoritama postoji otprilike onoliko koliko sam barem od 1975. godine, za predviđanje kristalnih struktura, potrebni su prilično veliki napori za stvaranje metode rada.
Svi ovi primjeri koje sam vam donio pokazuju, kao razumijevanje strukture tvari i sposobnosti predviđanja strukture tvari dovode do dizajna novih materijala koji mogu imati zanimljive optička svojstva, mehanička svojstva, elektronička svojstva. Materijali koji čine zemlju zemlje i drugih planeta. U ovom slučaju možete rešiti čitav niz zanimljivih zadataka na računaru pomoću ovih metoda. Ogromni doprinos razvoju ove metode i njenom primjenom učinio je mojim zaposlenicima i više od 1.000 korisnika naše metode u različitim dijelovima svijeta. Svi ti ljudi i organizatori ovog predavanja, a vi - za vašu pažnju - pustite mi da se toplo zahvalim.
Boris Dolgin: Hvala ti puno! Hvala vam puno, Artyom, hvala vam se organizatorima koji su nam dali platformu za ovu verziju javnih predavanja, hvala vam puno, što sam nas podržao u ovoj inicijativi, siguran sam da će se Artem istraživanja nastaviti, to znači Bit će novog materijala za njegovo predavanje. Jer moram reći nešto iz onoga što je danas zvučalo, u stvari, u vrijeme prethodnih predavanja, u stvari, zapravo nije postojalo.
Pitanje iz dvorane:Recite mi, molim vas, kako osigurati sobnu temperaturu na visokom pritisku? Bilo koji sistem plastične deformacije prati generaciju topline. Ti, nažalost, nije rekao o tome.
Artem Oganov:Činjenica je da sve zavisi od toga koliko brzo se komprimirate. Ako se kompresija izvrši vrlo brzo, na primjer, u šok valovima, nužno je praćen grijanjem, oštra kompresija dovodi do rasta temperatura. Ako ste sporo kompresije, tada je uzorak dovoljno dovoljno za razmjenu topline svojim okolinom i dođite u termičku ravnotežu sa svojim medijom.
Pitanje iz dvorane:A vaša instalacija omogućila je učiniti?
Artem Oganov:Eksperiment me nije potrošio, učinio sam samo izračun i teoriju. Ne dozvoljavam sebi za eksperiment na unutrašnjoj cenzuri. A iskustvo je izvedeno u komorama sa dijamantnim navijama, gdje se uzorak stisne između dva mala dijamanta. U takvim eksperimentima, uzorak ima toliko vremena da dođe u toplotnu ravnotežu da se pitanje ne pojavljuje ovdje.
Artem Oganov, jedan od najobiteljijih minerala teorijskih svijeta, rekao nam je o predviđanju računara, koji je postao dostižan ne tako davno. Prije toga, ovaj zadatak nije bio moguć jer problem računarskog dizajna novih materijala uključuje se neriješeni problem kristalnih struktura. Ali zahvaljujući naporima Oganove i njegovi kolege uspjeli su se približiti ovom snu i utjeloviti je u stvarnost.
Zašto je ovaj zadatak važan: prije, nove tvari su razvijene vrlo dugo i s puno napora.
Artem Oganov: "Eksperimentori idu u laboratoriju. Pomiješajte razne tvari na različitim temperaturama i pritiscima. Primite nove tvari. Izmeriti njihova svojstva. U pravilu, ove tvari ne predstavljaju nikakve interesovanje, odbijene. I eksperimentatori pokušavaju ponovo da dobiju malo drugačiju supstancu pod drugim uvjetima, s nešto drugačijim sastavom. I tako korak po korak, prevladamo mnoge propuste, provodeći svoj život za ove godine. Ispada da su istraživači, u nadi da će dobiti jedan materijal, provesti ogromnu količinu napora, vremena, kao i novca. Ovaj proces može potrajati godinama. Može biti mrtvi kraj i nikada ne dovode do otvaranja željenog materijala. Ali čak i kada dovodi do uspjeha, ovaj uspjeh daje vrlo skupa cijena. "
Stoga je potrebno stvoriti takvu tehnologiju koja bi mogla napraviti predviđanja bez grešaka. To jest, ne eksperimentira u laboratorijama, već davanje zadatka računaru da predvidi koji materijal, sa kojim će sastav i temperatura imati željena svojstva pod određenim uvjetima. I računalo, okretanjem brojnih opcija, moći će odgovoriti na kakav hemijski sastav i koji će kristalna struktura odgovoriti na navedene zahtjeve. Rezultat može biti takav da željeni materijal ne postoji. Ili nije sam.
A onda se pojavljuje drugi izazov, čije rješenje nije: kako dobiti ovaj materijal? To jest, hemijski sastav, kristalna struktura je razumljiva, ali još uvijek nema mogućnost implementacije, na primjer, na industrijsku razmjeru.
Glavna stvar je da je potrebno predvidjeti je kristalna struktura. Prije toga, nije bilo moguće riješiti ovaj problem, jer postoje mnoge mogućnosti za lokaciju atoma u prostoru. Ali neodoljivi dio ne predstavlja nikakav interes. Ove utjelovljenje atoma u prostoru su važni, koji su dovoljno stabilni i imaju svojstva potrebna za istraživaču.
Koja su ove svojstva: visoka ili mala tvrdoća, električna provodljivost i toplotna provodljivost i tako dalje. Kristalna struktura je važna.
"Ako mislite, recimo, o istom ugljiku pogledajte dijamant i grafit. Hemijski je to ista supstanca. Ali nekretnina su potpuno različita. Crni super moći ugljik i prozirni super tvrdi dijamant, - šta određuje razliku između njih? To je kristalna struktura. To je zbog njene jedne supstance superhard, drugi je super moć. Jedan je dirigent praktično metala. Drugi je dielektrični. "
Da biste naučili predvidjeti novi materijal, prvo morate naučiti predvidjeti kristalnu strukturu. Za ovo, Ohanov i njegove kolege u 2006. godini predložen je evolucijski pristup.
"U ovom pristupu ne pokušavamo isprobati sve beskonačne mnoge kristalne strukture. Testiramo ga korak po korak, počevši od malog slučajnog uzorka, unutar kojeg rangiramo moguća rješenja, najgore od kojih odbacujemo. I iz najboljeg proizvedemo podružnice. Podružnice su izrađene različitim mutacijama ili rekomatiranjem - nasljedstvom, gdje kombiniramo različite strukturne karakteristike sastava od dva roditelja. Od toga, podružnica je podružnica, dječji hemijski sastav, podružnica. Ove podružnice se takođe ocjenjuju. Na primjer, u stabilnosti ili hemijskom ili fizičkom vlasništvu koji vas zanima. A oni koji su izraženi nepovoljni, odbacemo. Oni koji obećavaju dobiju pravo na proizvodnju potomstva. Izrađujemo mutaciju ili nasljednost nove generacije. "
Dakle, korak po korak, naučnici pristupe optimalnom materijalu za njih sa stanovišta ove fizičke imovine. Evolucijski pristup u ovom slučaju djeluje kao i Darwinian teorija evolucije, ovaj princip Joganova i njegovih kolega vrši se na računaru prilikom pretraživanja kristalnih konstrukcija koje su optimalne sa stanovišta ove nekretnine ili stabilnosti.
"Takođe mogu reći (ali već je malo na rubu huliganstva) da kada smo izvršili da radimo ovu metodu (usput, razvoj se nastavlja. To je poboljšano sve više i više), eksperimentirali smo s različitim načinima evolucije . Na primjer, pokušali smo proizvesti jedno dijete iz dva roditelja, ali sa tri ili četiri. Pokazalo se da je i u životu da optimalno proizvede jedno dijete iz dva roditelja. Jedno dijete ima dva roditelja - tata i mama. Ne tri, ne četiri, nemaju dvadeset četiri. Ovo je optimistično i u prirodi i na računaru. "
Joganov je patentirao njegovu metodu, a sada uživaju skoro hiljadama istraživača širom svijeta i nekoliko najvećih kompanija, poput Intela, Toyote i Fujitsua. Toyota, na primjer, prema Ogani, već je izmislila novi materijal za litijumske baterije koje će se koristiti za hibridne automobile uz pomoć ove metode.
Vjeruje se da je dijamant, kao držač za rekord tvrdoće, optimalni superhard materijal za sve aplikacije. Međutim, to nije slučaj, jer u žlijezdu, na primjer, rastvara, a u srednjem kiseoniku na visokim temperaturama, gori. Općenito, potraga za materijalom koji bi bio teže dijamant, zabrinuto čovječanstvo dugim desetljećima.
"Jednostavan računarski izračun koji je provela moja grupa pokazuje da takav materijal ne može biti. U stvari, alternativni dijamant može biti samo dijamant, ali u nano-kristalnom obliku. Ostali materijali za pobedu dijamanta tvrdoće u državi. "
Drugi smjer Oganova grupa je predviđanje novih dielektričnih materijala koji bi mogli poslužiti kao osnova za super-kondenzatore za skladištenje električne energije, kao i za daljnju minijaturizaciju računarskih mikroprocesora.
"Ova minijatura zapravo ispunjava prepreke. Budući da su postojeći dielektrični materijali slabo zadržavani električni naboji. Ima curenja. A daljnja minijatura je nemoguća. Ako možemo dobiti materijal koji se održava na silicijum, ali istovremeno ima mnogo višu dielektričnu konstantu od materijala koje imamo, možemo riješiti ovaj zadatak. I imamo dovoljno ozbiljne promocije i u ovom pravcu. "
I posljednja stvar, što čini Joganov, razvoj novih lijekova, odnosno i njihovo predviđanje. To je moguće zbog činjenice da su naučnici naučili predvidjeti strukturu i hemijski sastav površine kristala.
"Činjenica je da površina kristala često ima hemijsku sastavu koja se razlikuje od samog tvari kristala. Struktura je takođe vrlo često drugačija. I otkrili smo da su površine jednostavne, čini se da su inertni oksidni kristali (poput magnezijum oksida) sadrže vrlo zanimljive jone (kao što su ion peroksid). Oni sadrže i grupe slične ozonskom sastoji se od tri atoma kisika. Ovo objašnjava jedno izuzetno zanimljivo i važno zapažanje. Kad osoba udiše fine čestice oksidnih minerala, koje su izgledale inertne, sigurne i bezopasne, ove čestice igraju okrutnu šalu i doprinose razvoju raka pluća. Posebno je poznato da je karcinogena supstanca azbest, što je isključivo inertno. Dakle, na površini ove vrste minerala kao azbest i kvarc (posebno kvarc) mogu se formirati ioni peroksid koji igraju ključnu ulogu u formiranju i razvoju raka. Uz pomoć naše tehnike, moguće je i predvidjeti uvjete u kojima se moglo izbjeći formiranje ove vrste čestica. To je, ima nade čak i da pronađemo terapiju i upozori na rak pluća. U ovom slučaju razgovaramo samo o raku pluća. I sa potpuno neočekivane strane, rezultati naših istraživanja dali su priliku da razumiju i mogu se čak i spriječiti ili izliječiti rak pluća. "
Ako se samira, predviđanje kristalnih struktura može reproducirati ključnu ulogu u dizajnu materijala za mikroelektroniku i farmaceutske. Generalno, takva tehnologija otvara novi put u tehnologiji budućnosti, siguran sam da sam jogan.
Možete čitati o drugim pravcima LAB Artemia referencom, ali da se upoznamo sa njegovim knjigom Moderne metode predviđanja kristalne strukture
