Suština potrage za najstabilnijom strukturom se svede na izračun takvog stanja tvari koja ima najnižu energiju. Energija u ovom slučaju ovisi o elektromagnetskoj interakciji jezgri i elektrona atoma, od kojih je kristal proučio. Može se procijeniti uz pomoć kvant-mehaničkih izračuna na temelju pojednostavljene Schrödingerove jednadžbe. Tako u korištenom algoritmu USPEx teorija funkcionalne gustoćekoji je bio razvijen u drugoj polovici prošlog stoljeća. Njegov glavni cilj je pojednostaviti izračune elektroničke strukture molekula i kristala. Teorija vam omogućuje da zamijenite multielektroničku valnu funkciju elektroničke gustoće, dok ostaje formalno točna (ali zapravo se aproksimacija ispostavlja da je neizbježno). U praksi, to dovodi do smanjenja složenosti izračuna i, kao rezultat toga, vrijeme koje će se provesti na njih. Prema tome, kvantni mehanički izračuni se kombiniraju s evolucijskim algoritmom u USPEX (Sl. 2). Kako radi evolucijski algoritam?
Moguće je potražiti strukture s najnižom energijom: slučajno pozicionirati atome u odnosu jedan prema drugima i analizirati svako takvo stanje. No, budući da je broj opcija ogroman (čak i ako su atomi samo 10, onda će mogućnosti njihovog položaja u odnosu na drugo biti oko 100 milijardi), a zatim bi izračun će uzeti previše vremena. Stoga je uspjeh znanstvenika uspio postići tek nakon razvoja više lukave metode. USPEx algoritam temelji se na evolucijskom pristupu (sl. 2). Prvo, mali broj struktura se nasumično generira i izračunava se njihova energija. Mogućnosti s najvećom energijom, to jest, najmanje stabilan, sustav se uklanja, a od najstabilnijih generira sličnih i izračunava ih. U isto vrijeme slučajno računalo nastavlja stvarati nove strukture za održavanje raznolikosti populacije, što je integralno stanje za uspješnu evoluciju.
Stoga je problem predviđanja kristalnih struktura pomogao logici uzeti iz biologije. Teško je reći da postoji gen u ovom sustavu, jer se nove strukture mogu razlikovati od svojih prethodnika s vrlo različitim parametrima. Najzastupljeniji uvjetima odabira "pojedinci" ostavljaju potomstvo, to jest, algoritam, učenje njegovih pogrešaka, maksimizira šanse za uspjeh u sljedećem pokušaju. Sustav prilično brzo pronalazi varijantu s najnižom energijom i učinkovito izračunava situaciju kada strukturna jedinica (ćelija) sadrži desetke, pa čak i prvih stotinjak atoma, dok se prethodni algoritmi ne mogu nositi s deset.
Jedan od novih zadataka koji se postavlja ispred USPEX-a u prsipama je predviđanje tercijarne strukture proteina njihovom aminokiselinskom sekvencom. Ovaj problem moderne molekularne biologije je među ključem. Općenito, prije znanstvenika, zadatak je vrlo težak i zato što je teško izračunati energiju za takvu složenu molekulu kao protein, težak. Prema Armem Oganovi, njegov algoritam je već u stanju predvidjeti strukturu peptida oko 40 aminokiselina.
Video 2. Polimeri i biopolimeri. Koje se tvari odnose na polimere? Koja je struktura polimera? Koliko je uobičajeno korištenje polimernih materijala? O tome govori profesor, dr. U kristalografiji Artem Ogantan.
U jednom od njegovih znanstvenih i popularnih Artem Oganov (sl. 3) opisuje USPEX kako slijedi:
"Ovdje je figurativni primjer za demonstriranje zajedničke ideje. Zamislite da trebate pronaći najvišu planinu na površini nepoznatog planeta, na kojoj vlada potpuna tama vlada. Kako bi se uštedjeli resursi, važno je razumjeti da ne trebamo potpunu reljef kartu, već samo najvišu točku.
Slika 3. Artem Romaevich Yoganov
Slijedite na planetu malom slijetanje biorobota, šaljeći ih jedan po jedan na proizvoljnim mjestima. Uputa koja svaki robot mora obavljati je da pređe preko površine na sile gravitacijske atrakcije i kao rezultat dostizanja vrhova najbližeg brda, koordinate o kojima mora obavijestiti orbitalnu bazu. Mi nemamo sredstava za veliki kontingent istraživanja, a vjerojatnost da će jedan od robota odmah uzeti najvišu planinu, iznimno malu. Stoga je potrebno primijeniti dobro poznati princip ruske vojne znanosti: "Bolje ne po broju, a sposobnost", provodi se ovdje u obliku evolucijskog pristupa. Prigušenje najbližeg susjeda, roboti se sastaju i reproduciraju se ovako, uređujući ih duž linije između "njihovih" vrhova. Potomstvo bioreobota nastavlja se obavljati iste upute: kreću se prema visini olakšanja, istražujući regiju između dvaju vrhova njihovih "roditelja". Oni "pojedinci", koji su došli do vrhova ispod prosječne razine, odgovoriti (to se bira) i izvadite nasumično (to je simulirano održavanje "genetske raznolikosti" populacije) ".
Kako procijeniti pogrešku s kojom USPEx radi? Možete uzeti zadatak s unaprijed poznatim točnim odgovorom i odlučiti je 100 puta sa 100 puta uz pomoć algoritma. Ako se ispravan odgovor dobije u 99 slučajeva, vjerojatnost pogreške izračun će biti 1%. Tipično se dobivaju ispravna predviđanja s vjerojatnošću od 98-99%, kada je broj atoma u elementarnoj ćeliji 40 komada.
USPEX evolucijski algoritam doveo je do mnogih zanimljivih otkrića, pa čak i razvoju novog medicinskog oblika medicinskog lijeka, koji će se raspravljati u nastavku. Pitam se što će biti kada se pojave nova generacija superračunala? Hoće li se algoritam kristalnog strukturnog predviđanja promijeniti? Na primjer, neki znanstvenici se bave razvojem kvantnih računala. U budućnosti će biti mnogo učinkovitiji od najnaprednijih modernih. Prema Artemu OGANOVI, evolucijski algoritmi će napustiti vodeću poziciju, ali će početi raditi brže.
USPEX je pokazao da je algoritam ne samo učinkovit, već i višenamjenski. U ovom trenutku, pod vodstvom Artema OGANOVA, provode se mnogo znanstvenih radova u različitim smjerovima. Neki od najnovijih projekata pokušavaju simulacija novih termoelektraka i predviđanje strukture proteina.
"Imamo nekoliko projekata, jedan od njih je proučavanje niskodimenzionalnih materijala, kao što su nanočestice, materijalne površine, Drugi je proučavanje kemikalija pod visokim tlakom. Postoji još jedan zanimljiv projekt povezan s predviđanjem novih termoelektraka. Sada već znamo da je prilagodba metode za predviđanje kristalnih struktura, koje smo izumili, termoelektrični zadaci djeluju učinkovito. U ovom trenutku, spremni smo za veliki trzaj, što bi trebao biti otkriće novih termoelektraka. Već je jasno da je metoda koju smo stvorili za termoelektrake vrlo moćne, provedene testove su uspješni. I potpuno smo spremni tražiti nove materijale. Također se bavemo predviđanjem i proučavanjem novih visokotemperaturnih supravodiča. Postavljamo pitanje predviđanja strukture proteina. To je novi zadatak za nas i vrlo znatiželjan. "
Zanimljivo je da je USPEX već koristio čak i medicinu: "Štoviše, razvijamo nove lijekove. Posebno smo bili predviđeni, dobiven je i patentiran novi lijek, - govori A.R. Yogan. - Ovo je hidrat 4-aminopiridin, lijek iz multiple skleroze ".
Govorimo o nedavno patentiranom laboratoriju za računalne dizajnerske materijale od Valery Rosizen (sl. 4), Anastasia Naumova i Artem Ogana, dopuštajući simptomatski liječiti multiplu sklerozu. Patent na otvorenom, koji će pomoći smanjiti cijenu lijeka. Rasute sklerozu je kronična autoimuna bolest, odnosno jedna od onih patologija kada vlastiti imunološki sustav šteti vlasniku. U isto vrijeme, mijelinski omotač živčanih vlakana je oštećen, koji normalno obavlja električno izolacijsku funkciju. Vrlo je važno za normalan rad neurona: struja na rastu živčanih stanica prekrivenih mijelinom provodi se 5-10 puta brže nego na nepokriveno. Stoga, multipla skleroza dovodi do povreda u radu živčanog sustava.
Korijenski uzroci pojave multiple skleroze ostaju potpuno nepotpuni. Pokušavaju ih razumjeti u mnogim laboratorijima na svijetu. U Rusiji se bavi laboratorijem biocatalize na Institutu bioorganske kemije.
Slika 4. Valery Roizen - jedan od autora patenta za lijek od skleroze, Zaposlenik laboratorija dizajnerskog materijala, razvoj novih oblika doziranja medicinskih lijekova i aktivno se bavi popularizacijom znanosti.
Video 3. Znanstveno i popularno predavanje Valery Rosizen "ukusna kristala". Upoznat ćete o načelima rada droga, o važnosti oblika isporuke lijeka u ljudsko tijelo i o zlom brata twin brata aspirina.
Ranije, 4-aminopiridin u klinici već je korišten, ali znanstvenici su uspjeli promijeniti kemijski sastav, poboljšati apsorpciju ovog lijeka u krvi. Dobili su 4-aminopiridin kristalni hidrat (Sl. 5) sa stehiometrijom 1: 5. U ovom obliku, sam lijek bio patentiran i metoda dobivanja. Tvar poboljšava emisiju neurotransmitera u neuromuskularne sinapse, što olakšava dobrobit bolesnika s multiplom sklerozom. Važno je napomenuti da takav mehanizam podrazumijeva liječenje simptoma, ali ne i samu bolest. Osim biodostupnosti, glavni trenutak u novom razvoju je sljedeći: budući da je bilo moguće "zaključiti" 4-aminopiridin u kristalu, postalo je prikladnije za uporabu u medicini. Kristalne tvari su relativno lako dobiti u pročišćenom i homogenom obliku, a sloboda lijeka od potencijalno štetnih nečistoća jedan je od ključnih kriterija za dobar lijek.
Kao što je gore spomenuto, USPEX vam omogućuje da pronađete nove kemijske strukture. Ispada da čak i "uobičajeni" ugljik ima svoje zagonetke. Ugljik je vrlo zanimljiv kemijski element, jer čini opsežan set struktura, u rasponu od superhard dielektrika, završavajući mekim poluvodičima, pa čak i supravodičarima. Na prvi može uključivati \u200b\u200bdijamant i Lansdalet, na drugi - grafit, do treće - neke punerene na niskim temperaturama. Unatoč širokom rasponu poznatih ugljikovih oblika, znanstvenici pod vodstvom Artem OGANOVA uspio je otvoriti fundamentalno novu strukturu: prethodno nije bilo poznato da ugljik može tvoriti komplekse u vrsti "vlasnika gosta" (sl. 6). Rad je sudjelovao u radu laboratorija za dizajn računala (sl. 7).
Slika 7. Olegska vila, diplomski student MFTI, zaposlenik laboratorija za dizajnerske materijale i jedan od autora otvorene strukture ugljika. U slobodno vrijeme, Oleg se bavi popularizacijom znanosti: njegovi članci mogu se naći u publikacijama "Cat Schremenger", "za znanost", strf.ru, "Rosatom". Osim toga, Oleg - pobjednik Moskve Znanost Slam. I sudionik TV emisije "pametan".
Interakcija "vlasnik gosta" manifestira se, na primjer, u kompleksima koji se sastoje od molekula koje su povezane s ne-virulentnim vezama. To jest, određeni atom / molekula zauzima određeno mjesto u kristalnoj rešetki, ali ne tvori kovalentnu vezu s okolnim spojevima. Takvo ponašanje je široko rasprostranjeno među biološkim molekulama koje se vežu za međusobno, formirajući izdržljive i velike komplekse koji obavljaju različite funkcije u našem organizmu. Općenito, zbog spoja koji se sastoji od dvije vrste strukturnih elemenata. Za tvari formirane samo ugljikom, takvi oblici nisu bili poznati. Znanstvenici su objavili svoje otkriće u 2014. godini, šireći naše znanje o nekretninama i ponašanju 14. grupe kemijskih elemenata općenito (sl. 8). Primijećeno je da se u otvorenom ugljiku, kovalentne veze formiraju između atoma. Govorimo o vrsti vlasnika domaćina dolazi zbog prisutnosti dobro izraženih dvije vrste ugljikovih atoma koji imaju potpuno različitu strukturnu okolinu.
U laboratoriju za dizajn računala se proučavaju koje će tvari biti stabilne na visokim tlakovima. Tako je šef laboratorija zainteresiran za takva istraživanja: "Proučavamo materijale pod visokim tlakom, posebice nove kemije, koji se pojavljuje u takvim uvjetima. Ovo je vrlo neobična kemija koja se ne uklapa u pravila tradicionalnog. Znanje stečeno na novim vezama dovest će do razumijevanja onoga što se događa unutar planeta. Budući da se te neobične kemikalije mogu pokazati kao vrlo važne materijale planetarnih podzemlja. " Teško je predvidjeti kako se tvari visokih tlaka ponašaju: većina kemijskih pravila prestaje raditi, jer su ti uvjeti vrlo različiti od uobičajenih. Ipak, potrebno je razumjeti to ako želimo znati kako je svemir dogovoren. Udio lavova u barinskoj supstanci svemira upravo je visok tlak unutar planeta, zvijezda, satelita. Iznenađujuće, još uvijek je vrlo malo u svojoj kemiji.
Nova kemija, koja se provodi pri visokom tlaku u laboratoriju za dizajn materijala MFTI studija PhD (stupanj sličan kandidatu znanosti) Gabriele Saleh (Gabriele Saleh):
"Ja sam kemičar, a ja sam zainteresiran za kemiju na visokim pritiscima. Zašto? Budući da imamo pravila kemije koja su formulirana prije 100 godina, ali se nedavno ispostavilo da prestanu raditi na visokim pritiscima. I vrlo je zanimljivo! Izgleda kao mjesečev park: postoji fenomen koji nitko ne može objasniti; Istražite novi fenomen i pokušajte shvatiti zašto se to događa - vrlo je zanimljivo. Pokrenuli smo razgovor s temeljnim stvarima. Ali visoki tlak postoji u stvarnom svijetu. Naravno, ne u ovoj sobi, ali unutar zemlje i na drugim planetima " .
Budući da sam kemičar koji sam zainteresiran za visoku tlaku. Zašto? Budući da su kemijska pravila bila utemeljena prije sto godina, ali je nedavno otkriveno da se ta pravila prekinu na visokim tlakom. I vrlo je zanimljivo! Ovo je poput loonoparka jer imate fenomen, koji nitko ne može racionalizirati. Zanimljivo je proučiti novi fenomen i pokušati razumjeti zašto se to događa. Počeli smo s temeljnog gledišta. Ali ovi visoki pritisci postoje. Ne u ovoj prostoriji, ali u unutrašnjosti earta i na drugim planetima.
Slika 9. Kompanjska kiselina (H2C03) je stabilna struktura pod tlakom. U umetku odozgo Pokazano je da je zajedno osi C. Formiraju se polimerne strukture. Proučavanje ugljičnog-kisik-vodikovog sustava pod visokim tlakovima vrlo je važno za razumijevanje kako su planeti raspoređeni. H20 (voda) i CH4 (metan) su glavne komponente nekih divovskih planeta - na primjer, neptun i uran, gdje tlak može doseći stotine GPA. Veliki ledeni sateliti (Gamornad, Callisto, Titan) i kometi također sadrže vodu, metan i ugljični dioksid, koji se primjenjuje na nekoliko GPA.
Gabriele nam je rekao o svom novom poslu, koji je nedavno prihvaćen za objavljivanje:
"Ponekad ste sudjelovali u temeljnoj znanosti, ali onda otkriti izravnu primjenu stečenih znanja. Na primjer, nedavno smo poslali članak za objavljivanje u kojem opisujemo rezultate pretraživanja za sve stabilne spojeve dobivene od ugljika, vodika i kisika na visokom tlaku. Pronašli smo jedan, stabilan na vrlo niskim pritiscima, kao što je 1 GPA I bili su kolikanska kiselina H2C03 (Sl. 9). Proučavao sam astrofizičku literaturu i utvrdio da sateliti Ganiymed i Callisto [sateliti Jupiter] sastoje se od vode i ugljičnog dioksida: od molekula koji tvore koalnu kiselinu. Tako smo shvatili da naše otkriće sugerira formiranje karbonske kiseline tamo. To je ono što sam rekao: sve je počelo s temeljnom znanošću i završila s nečim važnim za proučavanje satelita i planeta " .
Imajte na umu da se takav pritisak naime na one koji se, u načelu, mogu naći u svemiru, ali visoko u usporedbi s onima koji djeluju na nas na površini zemlje.
Dakle, ponekad proučavate nešto za temeljnu znanost, ali onda otkrijete da ima pravu aplikaciju. Na primjer, upravo smo poslali članak u kojem smo uzeli ugljik, vodik, kisik na visokom tlaku i pokušali smo tražiti sve stabilne spojeve. Pronašli smo jednu koja je bila ugljična kiselina i bila je stabilna u vrlo niskom tlaku kao jedan gigapaskal. Istraživao sam literaturu astrofizike i otkrio: Postoje sateliti kao što su Ganimed ili Calisto. Na tu je ugljik diiksid i voda. Molekule koje tvore ovu karbonsku kiselinu. Tako smo shvatili da ovo otkriće znači da će vjerojatno biti ugljične kiseline. To je ono što mislim počelom za temeljno i otkrivanje nečega što se primjenjuje na planetarnu znanost.
Još jedan primjer neobične kemije, koja se može donijeti u pogledu poznate kuharske soli, NaCl. Ispada da ako možete stvoriti 350 GPA tlak u vašoj soli, onda ćete dobiti nove veze. U 2013. godini, pod vodstvom. Oganova je pokazala da ako je bio visoki tlak na NACL, neobični spojevi postat će stabilni - 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 pionirski rad, koji su pokazali egzotično ponašanje natrijevih klorida pod visokim tlakom i razvili teorijski model koji se može koristiti za predviđanje svojstava spojeva alkalijskog metala s halogenima.
Opisali su pravila da te tvari podliježu takvim neobičnim uvjetima. Koristeći USPEx algoritam, nekoliko spojeva s formulom A3 Y (A \u003d Li, Na, K; Y \u003d F, Cl, Br) su teoretski pod tlakom do 350 GPA. To je dovelo do otkrića kloridnih iona u oksidiranom stanju -2. "Standardna" kemija zabranjuje to. U takvim uvjetima, nove tvari se mogu formirati, na primjer, s kemijskom formulom Na4C13.
Slika 10. Kristalna struktura NaCl konvencionalne soli ( lijevo) i neobičan spoj NaCl 7 ( desno), stabilan pod tlakom.
Gabriele Saleh (sl. 11) govorila je o svojoj studiji usmjerenoj na opis novih pravila kemije, koja bi imala prediktivnu snagu ne samo pod standardnim uvjetima, već bi opisao ponašanje i svojstva tvari pod visokim tlakom (sl. 12 ).
Slika 11. Gabriel Saleh (Gabriele Saleh)
"Prije dvije ili tri godine, profesor Yoganov otkrio je da takva jednostavna sol, kao NACL, nije tako jednostavna: natrij i klor također mogu tvoriti i druge veze. Ali nitko nije znao zašto. Znanstvenici su ispunili izračune, primili rezultate, ali su ostali nepoznati, zašto se sve događa, a ne drugačije. Od diplomske škole, proučavam kemijsku vezu, a tijekom studija, uspio sam formulirati neka pravila, logično objašnjavati što se događa. Proučavao sam kako se elektroni ponašaju u takvim spojevima i došli do općih zakona karakterističnih za njih pod visokim tlakom. Kako bi provjerili jesu li ta pravila plod moje mašte ili mirno objektivno ispravno, predvidio sam strukturu sličnih veza - librer ili NABR i sličnije. I doista - slijede se opća pravila. Ako je ukratko, vidio sam da postoji sljedeći trend: kada primjenjuju pritisak na takve spojeve, tada tvore strukturu dvodimenzionalnog metala, a zatim - jednodimenzionalni. Zatim, pod vrlo visokim tlakom, početi se pojaviti više divljih stvari, jer će klor u ovom slučaju biti stupanj oksidacije -2. Svi kemičari znaju da klor ima stupanj oksidacije -1, to je tipičan primjer iz udžbenika: natrija gubi elektron, a klor je uzima. Stoga se oksidativni brojevi dobivaju +1 i -1. Ali pod visokim tlakom, sve radi pogrešno. Pokazali smo da uz pomoć nekih pristupa za analizu kemijskih obveznica. Također, za vrijeme rada sam tražio posebnu literaturu za razumijevanje je li itko već promatrao takve pravilnosti. I pokazalo se da, gledao. Ako se ne varam, natrijev 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 pravu prediktivnu silu. Zato što je upravo ono što tražimo. Želimo opisati kemijske zakone koji bi se poštovali na visokim pritiscima " .
Prije dvije ili tri godine Profesor Oganov otkrio je da je jednostavna sol NaCl pri visokom tlaku nije vrlo jednostavna i da će se formirati drugi spojevi. Ali nitko ne zna zašto. Oni su napravili izračun dobio rezultate, ali ne možete reći tko se to događa. Dakle, budući da je tijekom svog doktorata specijaliziran za proučavanje kemijskog povezivanja, istraživao sam ove spojeve i nađem neke rle racionalizirati ono što se događa. Istraživao sam kako se elektroni ponašaju u ovim spojevima i došli do nekih pravila koje će ove vrste spojeva slijediti pri visokom tlaku. Da biste provjerili jesu li moja pravila samo moja mašta ili su istinita, predvidio sam nove strukture sličnih spojeva. Na primjer librer ili nabe i neke kombinacije poput ove. I da, ta se pravila ispostaviju slijediti. Ukratko, samo ne biti vrlo specijalistički, vidio sam da postoji tendencija: kada ih komprimirate, formiraju dvodimenzionalne metale, zatim jednodimenzionalnu strukturu metala. A onda bi se vrlo visoki tlak dogodio, jer će CL u ovom slučaju imati oksidacijski broj -2. Svi najniži oksidacijski broj CL je -1, koji je tipičan primjer udžbenika: natrija ga gubi. Tako imamo +1 i -1 oksidacijske brojeve. Ali na vrlo visokom tlaku više nije istina. To smo to demonstrirali nekim pristupima za analizu kemijske veze. U tom radu sam se također probila gledati literaturu da vidim je li netko vidio ovu vrstu pravila prije. I da, ispostavilo se da je bilo nekih. Ako se ne pogriješi, na-BI i drugi spojevi su se pokazali slijediti ta pravila. To je samo polazna točka, naravno. Ostali radovi će doći i vidjet ćemo je li ovaj model prava prediktivna moć. Jer to je ono što tražimo. WA želi skicirati kemiju koja će raditi i za visoki tlak.
Slika 12. Struktura tvari s kemijskom formulom Na4C13, koja se formira na tlaku od 125-170 GPAJasno pokazuje pojavu "čudne" kemije pod tlakom.
Unatoč činjenici da je USPEx algoritam karakterizira velika prediktivna sila u okviru svojih zadataka, teorija uvijek zahtijeva eksperimentalnu provjeru. Laboratorij za dizajn računala je teoretski, kako slijedi iz imena. Stoga se eksperimenti održavaju u suradnji s drugim znanstvenim skupinama. Strategija studije usvojena u laboratoriju, Gabriel Saleh komentara kako slijedi:
"Ne provodemo eksperimente - mi smo teoretičari. Ali često surađujemo s ljudima koji to čine. Zapravo, mislim da je to općenito teško. Danas je znanost usko specijalizirana, tako da nije lako pronaći nekoga tko je angažiran u drugoj " .
Ne radimo eksperimente, ali često surađujemo s nekim ljudima koji proizvode eksperimente. Zapravo mislim da je to teško. Danas je znanost vrlo specijalizirana pa je teško naći nekoga tko radi oboje.
Jedan od najsjajnijih primjera je predviđanje transparentnog natrija. U 2009. godini u časopisu Priroda. Objavljeni su rezultati rada koji se izvode pod vodstvom Artema OGANOVA. U članku su znanstvenici opisali novi oblik NA, u kojem je transparentan nemetalni, postaje dielektrični tlak. Zašto se ovo događa? To je zbog ponašanja valentnih elektrona: pod tlakom, oni su raseljeni u šupljinama kristalne rešetke formirane natrijevim atomima (sl. 13). U isto vrijeme, metalna svojstva tvari nestaju i pojavljuju se kvalitete dielektričnog. Pritisak od 2 milijuna atmosfera čini natrijem crvenom bojom i 3 milijuna - bezbojno.
Slika 13. Natrij pod tlakom je više od 3 milijuna atmosfera. Plavi cvijet Prikazana je kristalna struktura iz atoma natrijeva, naranča - hrpe valentnih elektrona u šupljinama strukture.
Malo je ljudi vjerovali da bi klasični metal mogao pokazati takvo ponašanje. Međutim, u suradnji s liječnikom Mihail Eremez, dobiveni su eksperimentalni podaci koji su u potpunosti potvrdili predviđanje (sl. 14).
Slika 14. Fotografije Na uzorka na dobivene kombiniranjem prolaza i reflektiranog osvjetljenja. Na uzorak je primijenjen različiti tlak: 199 GPA (transparentna faza), 156 GPA, 124 GPA i 120 GPA.
Artem Yoganov nam je rekao što tvrdi da on stavlja svojim zaposlenicima:
"Prvo, moraju imati dobro obrazovanje. Drugo, biti radnici. Ako je čovjek lijen, onda ga neću uzeti na posao, a ako ga iznenada ću uzeti, on će biti zlostavljani. Nekoliko zaposlenika koji su bili lijeni, inert, amorfni, upravo sam ispalio. I mislim da je to apsolutno ispravno i dobro čak i za osobu. Jer ako osoba nije na njegovom mjestu, neće biti sretan. On mora otići tamo, gdje će raditi sa svjetlom, s entuzijastima, sa zadovoljstvom. I to je dobro za laboratorij i dobro za osobu. A ti momci koji stvarno rade lijepo, sa svjetlucati, činjenica da plaćamo dobru plaću, oni idu na konferenciju, pišu članke koji će onda otići u najbolje časopise, oni će biti u redu. Zato što su na svom mjestu i zato što laboratorij ima dobre resurse kako bi ih podržali. To jest, momci ne moraju razmišljati o stjecanju za preživljavanje. Mogu se usredotočiti na znanost, na svoje omiljeno poslovanje i uspješno se nositi s njima. Sada smo se pojavili neke nove potpore i otvara priliku da zaposli još nekoliko ljudi. Natjecanje je stalno. Tijekom cijele godine podnosi prijave, naravno, ne sve. ", (2016). 4-aminopiridin kristalid, postupak dobivanja, farmaceutski pripravak i postupak liječenja i / ili prevencije na njegovoj osnovi. Phys. Chem. Chem. Phys. 18 , 2840–2849;
Mi objavljujemo tekst predavanja koju čita profesor na Sveučilištu u New Yorku, aduktivni profesor MSU, počasni profesor Sveučilišta Guilign Artem Ohanov 8 Rujan 2012. u okviru ciklusa "javnih predavanja" Polit.ru "na otvorenom festivalu knjige na otvorenomBookmarket. U umjetničkom parku "Museon".
"Politing.ru javna predavanja" održavaju se uz potporu:
Vrlo 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 izravno povezano s našom budućnošću, jer je naša budućnost nemoguća bez novih tehnologija, tehnologija koje se odnose na našu kvalitetu života, ovdje je iPad, ovdje je naš projektor, sve naše elektronike, tehnologije za uštedu energije, tehnologije koje se koriste za Očistite okoliš, tehnologije koje se koristi u medicini i tako dalje, ovisi o velikoj mjeri novih materijala, nove tehnologije zahtijevaju nove materijale, materijale s jedinstvenim, posebnim svojstvima. I kako se ti novi materijali mogu razviti ne u laboratoriju, ali na računalu će ići priču.
Predavanje se zove: "Računalni dizajn novih materijala: san ili stvarnost?". Ako je to bio vrlo san, predavanje ne bi imalo smisla. Snovi su nešto, u pravilu, ne iz područja stvarnosti. S druge strane, ako je već u potpunosti provedeno, predavanje bi također imalo smisla, jer je nova vrsta metodologije, uključujući teoretsko računanje, kada su već u potpunosti razvijeni, kreću se s ispuštanja znanosti u kategoriji industrijskog rutinski problemi. Zapravo, ovo područje je potpuno novo: dizajn računala novih materijala je negdje sudemo između snova - činjenicu da je nemoguće, ono što sanjamo o slobodno vrijeme - i stvarnost, ne do kraja završenog područja, koji je područje koje je trenutno razvijeno. A ovo područje će omogućiti u skoroj budućnosti da se povuče iz tradicionalne metode otvaranja novih materijala, laboratorija i nastaviti s računalnim dizajnom materijala, bilo bi jeftinije, i brže, na mnogo načina, čak i pouzdaniji. Ali kako to učiniti, ja ću reći. To je izravno povezano s problemom predviđanja, prognoza strukture tvari, jer struktura tvari određuje njegova svojstva. Različite strukturu iste tvari, kažu, ugljik, određuje superteralni dijamant i super dimenzionalni grafit. Struktura u ovom slučaju je sve. Struktura tvari.
Općenito, proslavljamo stogodišnjicu prvih eksperimenata ove godine, što je omogućilo otvaranje strukture tvari. Vrlo davno, s antičkim vremenima, ljudi su iznijeli hipotezu da se tvar sastoji od atoma. Spomenuti to može se naći, na primjer, u Bibliji, u raznim indijskim epicima, i sasvim detaljnim referencama na to može se vidjeti iz Demokrate i Lucreta Kara. I prvi spominje kako je tvar raspoređena, budući da se ta tvar sastoji od tih diskretnih čestica, atoma, pripadaju Johann Kepleru, velikoj matematici, astronom, pa čak i astroloru - u to je vrijeme astrologija smatrala znanošću, nažalost. Kepler je nacrtao prve slike u kojima je objasnio šesterokutni oblik snježnih pahuljica, a struktura leda predlaže Kepler, iako se razlikuje od stvarnosti, u mnogim aspektima je slično. No, ipak, hipoteza o atomskoj strukturi tvari ostao je hipoteza do 20. stoljeća, do prije stotinu godina, po prvi put, ta hipoteza nije bila znanstveno dokazana. Postala je dokazana s mojom znanošću, kristalografijom, znanošću relativno novim, koja je rođena sredinom 17. stoljeća, 1669. službeni je datum rođenja kristalografske znanosti i stvorio njezin prekrasan danski znanstvenik Nikolai Wyton. Zapravo, njegovo ime je bilo Niels Ssensen, bio je Danac, latinizirano ime - Nikolaj Wallon. Osnovao je ne samo kristalografijom, već niz znanstvenih disciplina i formulirao je prvi zakon kristalografije. Od tog vremena kristalografija na oproštajnoj putanji započela je svoj razvoj.
Nikolai Stenon je imao jedinstvenu biografiju. On je postao ne samo osnivač nekoliko znanosti, već je i rangirao lice katoličke crkve svetaca. Kristalograf je također bio najveći njemački pjesnik Goethe. I Goethe pripada ponudu da je kristalografija neproduktivna, postoji u sebi i općenito, ova znanost je potpuno beskorisna, a nije jasno zašto je to potrebno, ali kao zagonetka je vrlo zanimljiva, a zbog toga privlači vrlo pametan narod. Tako je govorio Goethe u popularnom preskakanju predavanja, koji je čitljiv negdje na Baden Resorts bogatima u praznim ženama. Usput, postoji mineral koji se zove u čast Goethe, nestaje. Mora se reći da je u to vrijeme kristalografija bila doista vrlo beskorisna znanost, doista na razini nekih matematičkih Sharada i zagonetki. No, vrijeme je prošlo, a prije 100 godina, kristalografija je izašla iz kategorije takve znanosti u sebi i postao znanost iznimno korisna. To je prethodila velika tragedija.
Ponavljam, atomska struktura tvari ostala je hipoteza do 1912. godine. Veliki austrijski fizičar Ludwig Boltzman sagradio je sve svoje znanstvene argumente o ovoj hipotezi o atomičici tvari i ozbiljno kritizirali mnogi njegovi protivnici: "Kako možete izgraditi sve svoje teorije o neproobanoj hipotezi?" Ludwig Boltzman pod utjecajem ove kritike, kao i slabo zdravlje, obvezao se 1906. godine. Objesio se, bio je na odmoru sa svojom obitelji u Italiji. Samo 6 godina kasnije dokazana je atomska struktura tvari. Dakle, ako je bio malo više strpljivi, pokušao bi nad svim svojim protivnicima. Strpljenje ponekad znači više od uma, strpljenje znači više nego čak i genij. Dakle - što su bili ovi eksperimenti? Ovi eksperimenti su napravili Max von Laue, točnije, njegovi diplomirani studenti. Max von laue sam nije imao takve eksperimente, ali je to ideja pripadala. Ideja je bila da ako se tvar stvarno sastoji od atoma, osim ako je, kao što je Kepler pretpostavio, atomi su izgrađeni u kristalnom periodiku na uobičajen način, zatim treba promatrati povišeni fenomen. Neposredno prije otkrivanja X-zrake. Fizika je do tog vremena već dobro shvaćeno da ako je valna duljina zračenja usporediva s duljinom periodičnosti - karakterističnom dužinom objekta, u ovom slučaju - kristal, zatim se treba uočiti fenomen difrakcije. To jest, zrake će putovati ne samo strogo u ravnoj liniji, već i odstupati na potpuno strogo određenim kutovima. Dakle, kristal treba promatrati neke potpuno posebnu sliku difrakcije rendgenske energije. Poznato je da bi valna duljina rendgenskog zračenja trebala biti slična veličini atoma, ako postoje atomi, napravljene su procjene veličine atoma. Prema tome, ako je atomska hipoteza strukture tvari ispravna, razmatra se difrakcija X-zraka kristala. Što bi moglo biti lakše provjeriti?
Jednostavna ideja, jednostavan eksperiment, za koji nešto više od godinu dana, Lađa Dobio je Nobelovu nagradu u fizici. I možemo pokušati provesti ovaj eksperiment. Ali, nažalost, sada previše lagano, tako da ovaj eksperiment može sve promatrati. Ali možda ćemo ovo pokušati s jednim svjedokom? Tko bi mogao doći ovamo i pokušati promatrati ovaj eksperiment?
Vidjeti. Ovdje je laserski pokazivač, sjajit ćemo joj - a što se događa ovdje? Nemamo X-zrake, ali optički laser. I to nije struktura kristala, a njezina je slika nadutala za 10 tisuća puta: ali naposljetku, laser valna duljina je 10 tisuća puta veća od valne duljine rendgenskog zračenja, a time i difrakcijski uvjet je ponovno napravljen - usporedivost valne duljine s razdobljem kristalne rešetke. Ovdje gledamo na objekt u kojem nema redovite strukture, tekućine. Ovdje, Oleg, držite ovu sliku, a ja ću zasjati laserski, doći bliže, slika će biti mala, jer ne možemo projicirati ... gledati, vidite prsten ovdje, iznutra - točku koja karakterizira izravan prolaz snop. Ali prsten je difrakcija iz anorganske strukture tekućine. Ako je kristal pred nama, slika će biti potpuno drugačija. Vidite, imamo mnogo zraka koje se skreću na strogo određenim kutovima.
Oleg (volonter):Vjerojatno zato što više atoma ...
Artyom Yoganov: Ne, zbog činjenice da se atomi nalaze strogo na određeni način, možemo promatrati takvu sliku difrakcije. Ova slika je vrlo simetrična i važno je. Da pronađemo Oleg za briljantno provedenog eksperimenta, koji bi donio Nobelovu nagradu 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 dobila Nobelovu nagradu 1985. godine, već je već moguće dešifrirati već vrlo, vrlo složene strukture na temelju eksperimenta. Ovdje je eksperiment koji sam i i Oleg reproducirao. Ovdje je izvornu strukturu, postoji benzenska molekula, a Oleg je promatrao takvu difrakcijsku sliku. Sada, uz pomoć eksperimenta, moguće je dešifrirati vrlo složene strukture, posebice strukturu kvazikristala, a za otvaranje kvazikristala, ovo novo stanje krute tvari, prošle je godine dan Nobelova kemija premija. Koliko je ovo područje dinamično, koja se temeljna otkrića izvode u našem stoljeću! Struktura proteina i drugih biološki aktivnih molekula također se dekodira difrakcijom rendgenskog učenja, ova velika kristalografska metoda.
Dakle, znamo različita stanja tvari: naručila kristalnu i kvazikristalnu, amorfnu (neuređenu čvrsto stanje), kao i tekućinu, plinovito stanje i razne polimerne stanja tvari. Znajući strukturu tvari, možete predvidjeti mnoga i mnoga svojstva, te s velikim stupnjem pouzdanosti. Ovdje je struktura magnezijevog silikata, tipa Perovske. Poznavanje približnih položaja atoma, možete predvidjeti, na primjer, takav prilično težak svojstvo, kao elastična konstanta - ovo svojstvo opisano je rangom tenzor s mnoštvom komponente, a to složeno svojstvo možete predvidjeti s eksperimentalnom točnosti, znajući samo položaj atoma. A tvar je vrlo važna, to je 40% volumena našeg planeta. Ovo je najčešći materijal na zemlji. I sada razumjeti svojstva ove tvari koja postoji na visokim dubinama, moguće je, znajući samo mjesto atoma.
Želio bih malo reći o tome kako svojstva imovine povezane su kao predviđanje strukture tvari kako bi se mogli predvidjeti novi materijali, a što je učinjeno s ovom vrstom metoda. Zašto je led lakši od vode? Svi znamo da ledenjaci plivaju i ne utapa, znamo da je led uvijek na površini rijeke, a ne na dnu. Što je bilo? Slučaj je u strukturi: ako pogledate ovu strukturu leda, vidjet ćete velike šesterokutne praznine u njemu, a kad se led počinje rastopiti, molekule vode začeče ove šesterokutne praznine, zbog ove gustoće vode postaje veća od gustoća leda. I možemo pokazati kako se taj proces događa. Pokazat ću vam kratki film, pažljivo pogledaj. Talište će početi s površinama, tako da se to stvarno događa, ali to je izračun računala. Vidjet ćete kako se taljenje širi unutra ... Molekule se kreću i vidite kako su ti heksagonalni kanali začepljeni, a ispravnost strukture je izgubljen.
Led ima nekoliko različitih oblika i vrlo zanimljiv oblik leda, koji se ispada ako postignete prazninu strukture leda gostujućim molekulama. Ali sama struktura će se također promijeniti. Govorim o takozvanim plinskim hidratima ili klatratima. Vidite okvir molekula vode u kojima postoje praznine u kojima su prisutni molekule ili atomi. Gostuju molekule mogu biti metanski plin, mogu biti ugljični dioksid, možda, na primjer, atom ksenona, a svaki od tih plinskih hidrata ima zanimljivu priču. Činjenica je da rezerve metan hidrata sadrže 2 narudžbe veličine više od prirodnog plina od tradicionalnih plinskih polja. Depoziti ovog tipa nalaze se, u pravilu, na morskoj polici iu zonama Permafrost. Problem je u tome što ljudi još nisu naučili sigurno i profitabilno ekstrakt plina od njih. Ako je ovaj problem riješen, čovječanstvo će moći zaboraviti na energetsku krizu, praktički ćemo se stoljećima imati neiscrpan izvor energije. Vodikov ugljični dioksid je vrlo zanimljiv - može se koristiti kao sigurna metoda odlaganja viška ugljičnog dioksida. Preuzmite ugljični dioksid pod niskim tlakom u ledu i bacite ga na morsko dno. Ovaj led je potpuno mirno postoji mnogo tisuća godina. Xenonov hidrat služio je kao objašnjenje ksenonske anestezije, hipotezu, koja je prije 60 godina imenovana od strane Grand Crystalochemist Linus Polinging: Činjenica je da ako osoba daje podići ksenon pod niskim tlakom, osoba prestaje osjećati bol. Korištena je i, čini se, sada se ponekad koristi za anesteziju u kirurškom operacijama. Zašto?
Xenon pod niskim tlakom formira spojeve s molekulama vode, formirajući iste plinske hidrati, koji začepljuju širenje električnog signala preko ljudskog živčanog sustava. I signal boli iz upravljane tkanine jednostavno ne dopire do mišića, zbog činjenice da je upravo s takvom strukturom, ksenon hidrat. Bila je to prva hipoteza, možda je istina složenija, ali nema sumnje da je istina blizu. Kada govorimo o takvim poroznim tvarima, nemoguće je ne sjećati mikroporozne silikate, tzv Zeoliti, koji se vrlo široko koriste u industriji za katalizu, kao i za odvajanje molekula s pukotina ulja. Na primjer, oktanske i mezookejske molekule su savršeno odvojene zeolitima: to je ista kemijska formula, ali je struktura molekula malo drugačija: jedan od njih je dug i tanki, drugi je kratak i gust. A onaj koji je mršav, prolazi kroz praznine strukture, a onaj koji je gust, prosijao se i stoga takve strukture, takve tvari nazivaju molekularnim sitama. Ove molekularne site se koriste za pročišćavanje vode, posebno, voda koju pijemo, u našim dizalicama, treba proći kroz više filtera, uključujući uz pomoć Zeolita. Stoga se možete riješiti kontaminacije s najrazličitijim kemijskim zagađivačima. Kemijski zagađivači su ponekad iznimno opasni. Priča zna primjere trovanja teških metala dovela do vrlo tužnih povijesnih primjera.
Sudeći po žrtvama trovanja živom bili su prvi prvi car Kine - Qin Shihuandi, i Ivan strašno, a takozvani ludi šešir dobro je proučavao, u 18-19 stoljeća u Engleskoj cijeli sat ljudi koji rade u HAT industrija je vrlo rano neurološka bolest nazvana bolest luda šešira. Njihov govor postao je nesumherentan, njihova djela su besmislena, njihovi udovi bili nekontrolirani drhtavi, i pali su u demenciju i ludilo. Njihovo je tijelo stalno u kontaktu s Merkurom, dok su natopili te šešire u otopinama živenih soli, koji su pali u svoje tijelo i pogodivši živčani sustav. Ivan Grozny bio je vrlo progresivan, dobar kralj u dobi od 30 godina, nakon toga se promijenio preko noći - i postao lud tiranin. Kad je njegovo tijelo ekshumirano, ispostavilo se da je oštro deformirao kosti, a oni su sadržavali veliku koncentraciju žive. Činjenica je da je kralj patio od ozbiljnog oblika artritisa, a u to vrijeme artritis je tretiran s trljanjem žive žive - to je bio jedini lijek, a možda samo Merkur objašnjava čudno ludilo Ivana užasno. Qin Shihuandi, osoba koja je stvorila Kinu u svom trenutnom obliku, pravila od 36 godina, i prvih 12 godina bio je lutka u majčinoj rukama, najamninama, njegova je priča slična povijesti Hamleta. Majka i njezin ljubavnik ubio je oca, a onda se pokušao riješiti sebe i priča je strašna. Ali, bilo je imperativ, počeo se vladati - i 12 godina zaustavio je građanski rat između 7 kraljevstava Kine, koji je trajao 400 godina, ujedinjeni Kini, kombinirao je težinu težine, novca, jedinstvenog kineskog pisanja, on Izgrađen veliki kineski zid, sagradio je 6, 5 tisuća kilometara autocesta, koji se još uvijek koriste, kanali koji se još uvijek koriste, a to je učinilo jednu osobu, ali je posljednjih godina pretrpio neki čudan oblik maničnog ludila. Njegovi alkemičari kako bi ga uznemiravali tablete za živu, vjerovali su da će ga učiniti besmrtnima, kao rezultat toga, ta osoba, očito, odlikuje slučajno zdravlje, umrla, ne živjela i do 50 godina, a posljednjih godina ovog kratkog života bio je omroketed ludilo. Olovka o vođenju, što je moguće njegove žrtve mnogih rimskih careva: u Rimu je postojala vodena voda, akvadukt, i poznato je da je s trovanjem olovom, određeni odjeli mozga izrezani, moguće je vidjeti čak i na tomografskim slikama, Inteligencija pada, IQ pada, osoba postaje vrlo agresivna. Trovanje olovom - do današnjeg dana velika nevolja mnogih gradova i zemalja. Da bismo se riješili ove vrste nepoželjnih posljedica, moramo razviti nove materijale za čišćenje okoliša.
Zanimljivi materijali, koji nisu u potpunosti objašnjeni, su supravodiča. Supravodljivost je također otvorena prije 100 godina. Ovaj fenomen je u velikoj mjeri egzotičan, otvoreno je otvoreno. Samo ohlađena živa u tekućem heliju, izmjeren je električni otpor, ispostavilo se da pada glatko na nulu, a kasnije se ispostavilo da supravodiči potpuno guraju magnetsko polje i mogu levitirati u magnetskom polju. Ove dvije karakteristike supravodiča koriste se vrlo široko u visokotehnološkim primjenama. Vrsta supravodljivosti, koja je otvorena prije 100 godina, objašnjena je, objašnjenje je zahtijevalo pola stoljeća, ovo objašnjenje donijelo je Nobelovu nagradu Johna Bardina i njegovih kolega. Ali onda je 1980-ih već u našem stoljeću otvoren nova vrsta supravodljivosti, a najbolji supravodiči pripadaju ovom razredu - visokotemperaturni supravodiča na bazi bakra. Zanimljiva značajka je da takva supravodljivost još uvijek nema objašnjenje. Prijave od supravodiča puno. Na primjer, koristeći superprovodilice stvaraju najsnažnije magnetska polja, a to se koristi u magnetskoj rezonanciji. Vlakovi na magnetskom valjanju - još jedna aplikacija, a evo fotografije koju sam osobno učinio u Šangaju na takvom vlaku - pokazatelj brzine od 431 kilometra po satu je vidljiva. Supravodičari su ponekad vrlo egzotični: već 30. Organski supravodiči su poznati 30 godina, tj. Supravodiča na bazi ugljika, ispada, čak i dijamant može biti napravljen, ulazi u to malu količinu antinovih atoma. Grafit se također može izvršiti supravodiča.
Ovdje je zanimljiva povijesna paralela o tome kako svojstva materijala ili njihovo neznanje mogu imati fatalne posljedice. Dvije priče koje su vrlo lijepe, ali, očito, su povijesno krivo, ali i dalje ću im reći, jer je lijepa priča ponekad bolja od iskrene priče. U popularnoj znanstvenoj literaturi, vrlo je često moguće zadovoljiti reference na to kako učinak limene kuge - i njegov uzorak - uništio ekspediciju Napoleona u Rusiji i kapetanu Scotta na južnom polu. Činjenica je da se kositra na temperaturi od 13 stupnjeva Celzija prolazi kroz tranziciju iz metala (to je bijeli lim) u sivi kositar, poluvodič, dok gustoća oštro - i kositra se raspada. To se zove "Tin kuga" - lime se jednostavno zgužva. I ovdje je priča koju nisam upoznala potpuno objašnjenje. Napoleon dolazi u Rusiju s 620 tisućljećom vojske, daje samo nekoliko relativno malih bitaka - i dolazi do Borodina samo 150 tisuća ljudi. 620 dolazi do Borodina gotovo bez borbe dolazi 150 tisuća. Uz Borodina, oko 40 tisuća žrtava, zatim povlačenje iz Moskve - i 5 tisuća ljudi doseže Pariz. Usput, a povlačenje je također bilo gotovo bez borbe. Što se događa? Kako od 620 tisuća bez borbe za vožnju do 5 tisuća? Postoje povjesničari koji tvrde da su krivi za svu kosičnu kugu: gumbe na uniformama vojnike su napravljeni od limenih, kosimica se raspao, čim je došla hladna hladnoća - i da se vojnici ispostavilo da su zapravo goli u ruskom mrazom. Problem je u tome što su gumbi napravljeni od prljavog kositra, koji je stalno za kosičnu kugu.
Vrlo često, možete vidjeti u popularnoj znanosti Pritisnite da kapetan Scott u različitim verzijama ili sa sobom zrakoplova u kojima su spremnici za gorivo imali limeni vojnici, ili konzervirana hrana u Tin Bankama ponovno se raspala, a ekspedicija je umrla od gladi i hladnoće. Zapravo sam čitao dnevnike kapetana Scotta - nije spomenuo nikakve zrakoplove, imao je aerosani, ali opet ne piše o spremniku za gorivo, a on također ne piše o konzerviranoj hrani. Tako su te hipoteze, očito, netočne, ali vrlo zanimljive i poučne. I zapamtite da je učinak limene kuge u svakom slučaju koristan ako idete u hladnu klimu.
Ovdje je još jedno iskustvo, a onda ću trebati kipuću vodu. Drugi učinak povezan s materijalima i njihovom strukturom, koji ne bi došao do jedne osobe, - učinak oblika, također se otvaraju sasvim slučajno. U ovoj ilustraciji vidite da su moji kolege napravili dva pisma od ove žice: T u, Tehničko sveučilište, oni su tvrdili ovaj oblik na visokim temperaturama. Ako naručite neki oblik na visokim temperaturama, materijal će se sjetiti ovog oblika. Možete napraviti srce, na primjer, dati dragu i reći: ovo će se srce zauvijek pamtiti moje osjećaje ... Tada se ovaj oblik može uništiti, ali čim ga date u vruću vodu, obrazac je obnovljen, to izgleda kao magija. Upravo ste razbili ovaj obrazac, ali stavite u vruću vodu - obnovljen je obrazac. I sve to je zbog vrlo zanimljive i prilično tanke strukturne transformacije, koja se javlja u ovom materijalu na temperaturi od 60 stupnjeva Celzija, zbog čega im je potrebna topla voda u našem iskustvu. I ista transformacija se događa iu čeliku, ali u čeliku se javlja presporo - i memorija efekta oblika ne dogodi. Zamislite da je čelik i takav učinak pokazao, živjeli bismo u posve drugom svijetu. Učinak oblika obrasca pronalazi mnogo primjena: zubni zagrade, srčane shunts, dijelovi motora u zrakoplovima kako bi se smanjila buka, šiljci u plinovoda i naftovoda. A sada mi treba još jedan volonter ... Molim što je vaše ime? Vika? Trebat će nam pomoć wiki s ovom žicom, ovo je žica žičana memorijska žica. Istu leguru nitinol, leguru nikla i titana. Ova žica je ublažena u obliku ravne žice i zapamće se ovaj oblik zauvijek. Vika, uzmi komad ove žice i njegov svaki put do gužve, napravi tako da je to neizravan, samo čvorovi ne povezuju: čvor ne podiže. A sada ga guraju u kipuću vodu, a žica će se sjetiti ovog oblika ... dobro, kako, ispravljeno? Ovaj učinak može se promatrati zauvijek, vjerojatno sam ga vidio tisuću puta, ali svaki put, kao dijete, izgledam i divim se što je lijep učinak. Popni se Vika. Bilo bi lijepo kad bismo saznali takve materijale za predviđanje na računalu.
No, optička svojstva materijala koji su također potpuno nerivial. Ispada, mnogi materijali, gotovo svi kristali, razdvojite snop svjetla na dvije grede, koji putuju u različitim smjerovima i različitim brzinama. Kao rezultat toga, ako pogledate kristal na neki natpis, onda će natpis uvijek biti malo. Ali, u pravilu, ne razlikuju se za naše oči. U bolnim kristalima, ovaj učinak je toliko jak da stvarno možete vidjeti dva natpisa.
Pitanje iz dvorane:Jeste li rekli - na različitim brzinama?
ARMEM OGANOV:Da, brzina svjetla je konstantna samo u vakuumu. U kondenziranim medijima, to je niže. Zatim smo navikli misliti da svaki materijal ima definiranu boju. Ruby - crvena, safir - plava, ali se ispada, boja također može ovisiti o smjeru. Općenito, jedna od glavnih obilježja kristala je anizotropija - ovisnost nekretnina imovine. Svojstva u tom smjeru i u tom smjeru variraju. Ovdje je mineralni koridija, koji se u različitim smjerovima boja mijenja od smeđe-žute do plave, to je isti kristal. Da li mi netko vjeruje? Donio sam poseban Cordierite kristal, molim te ... pogledaj kakvu boju?
Pitanje iz dvorane:Čini se bijelim, ali tako ...
ARMEM OGANOV:Iz nekog svjetla, poput bijele, ljubičaste, samo okrenite kristal. Zapravo, postoji islandska legenda o tome kako Vikinzi su otvorili Ameriku. I mnogi povjesničari vide u ovoj legendi pokazatelj korištenja ovog učinka. Kada su se Vikinzi izgubili usred Atlantskog oceana, njihov je Konung izvadio određeni solarni kamen, au svjetlu sumraka uspio je odrediti smjer na zapadu, pa su otišli u Ameriku. Što je solarni kamen, nitko ne zna, ali mnogi povjesničari vjeruju da je sunčani kamen da se Vika drži u rukama, Cordieritis, usput, Cordierit se nalazi s obale Norveške, a uz pomoć ovog kristala može zaista navigirati U svjetlu sumraka u večernjem svjetlu, kao iu polarnim širinama. I taj je učinak koristio američki zrakoplovstvo do 50-ih godina, kada je napredniji načini zamijeniti. Ali još jedan zanimljiv učinak - alexandrite, ako netko ima želju, donio sam kristalni sintetski aleksandrit, a njezine promjene boje ovisno o izvoru svjetlosti: u danu i električnom. I na kraju, još jedan zanimljiv učinak, koji mnogi stoljećima nisu mogli razumjeti znanstvenike i povjesničare umjetnosti. Zdjela Liksing je predmet koji su napravili rimski obrtnici prije više od 2 tisuće godina. U raspršenom svjetlu, ova zdjela ima zelenu boju, au prolazu - crvena. I bilo je moguće uzeti doslovno prije nekoliko godina. Pokazalo se da zdjela nije napravljena od čistog stakla, već sadrži zlatne nanočestice, koji stvaraju taj učinak. Sada razumijemo prirodu boje - boja je povezana s određenim rasponima apsorpcije, s elektronskom strukturom tvari, a to je zauzvrat povezano s atomskom strukturom tvari.
Pitanje iz dvorane:Mogu se objasniti pojmovi "reflektirani" i "prolazak"?
ARMEM OGANOV:Limenka! Usput, napomenom da su ti vrlo apsorpcijski spektri utvrđeni zašto je Cordieritis različita boja u različitim smjerovima. Činjenica je da je sama struktura kristal - posebno, Cordieritis - izgleda drugačije u različitim smjerovima, a svjetlo u tim smjerovima se apsorbira na različite načine.
Što je bijelo svjetlo? To je cijeli spektar od crvenog do ljubičaste, a kada svjetlo prolazi kroz kristal, dio tog raspona se apsorbira. Na primjer, kristal može apsorbirati plavo, a što će se dogoditi kao rezultat toga, možete vidjeti iz ove tablice. Ako apsorbirate plave zrake, onda na izlaz imat ćete narančastu boju, to jest, kada vidite nešto narančasto, znate da ova tvar upija u plavom rasponu. Raspršeno svjetlo je kada imate istu licharge zdjelu na stolu, svjetlo pada, a neke od ovog svjetla rasipa i pada u vaše oči. Svjetlo raspršivanje Posteys Potpuno različite zakone i posebno ovisi o zrnu objekta. Zahvaljujući raspršivanju svijetlo plavog neba. Postoji zakon Rayleigha raspršenja, s kojim možete objasniti te boje.
Pokazao sam vam kako su svojstva povezana s strukturom. I kako mogu predvidjeti kristalnu strukturu, sada ćemo pažljivo izgledati. Dakle, zadatak predviđanja kristalnih struktura do nedavno smatra se neriješenim. Ovaj zadatak sam formuliran na sljedeći način: Kako pronaći mjesto atoma, koji daje maksimalnu stabilnost - to jest, najniža energija? Kako to učiniti? Možete, naravno, proći kroz sve opcije za mjesto atoma u prostoru, ali ispostavilo se da su takve opcije toliko da nemate dovoljno života za prolazak, u stvari, čak i za prilično jednostavne sustave, Recimo, s 20 atoma, trebat će vam više od vremena života svemira da prođete kroz sve ove moguće kombinacije na računalu. Stoga se vjerujelo da je taj zadatak bezrezervan. Ipak, ovaj zadatak je riješen, a nekoliko metoda i najučinkovitije metode, iako je možda imometno zvučano, razvila je moja skupina. Metoda se naziva "uspjeh", "USPEX", evolucijska metoda, evolucijski algoritam, esenciju koju ću vam sada pokušati objasniti. Zadatak je ekvivalentan pronalaženju globalnog maksimuma na višedimenzionalnoj površini - za jednostavnost, razmotriti dvodimenzionalnu površinu, površinu zemlje, gdje trebate pronaći najvišu planinu, bez karata. Formuliramo ga kako je formuliran da je to moj australski kolega Richard Clegg - on je Australac, on voli Kangurou, a u svom tekstu s klokan, dovoljno neintelektualnih životinja, morate odrediti najvišu točku na površini zemlje. Kangaroo razumije samo jednostavne upute - ići gore, spustiti se. U evolucijskom algoritmu, slučajno odbacimo kanalizaciju kangaroo, na različitim točkama planeta i dali svakom od njih upute: ići gore, na vrh najbližeg brda. I oni idu. Kada se ti klokaroo dosegne Sparrow planine, na primjer, i kada je u pitanju Elbrus, a oni koji nisu dobili visok, prebačeni su, pucati. Hunter dolazi, gotovo je rekao umjetnik, lovac dolazi i puca, a oni koji su preživjeli, dobiti pravo umnožiti. I zahvaljujući tome, moguće je izdvojiti najviše obećavajuća područja prostora za pretraživanje. I korak po korak, pucanje više i više klokan, prebacite populaciju klokan na globalni maksimum. Kangaroo će proizvesti više i više uspješnih potomaka, lovci će pucati sve više i više penjajući klokan, i tako možete jednostavno voziti ovu populaciju.
A to je bit evolucijskih metoda. Za jednostavnost, spuštam tehničke detalje, kao što je upravo provedeno. I ovdje je još jedna dvodimenzionalna provedba ove metode, postoji energetska površina, moramo pronaći vrlo plavu točku, naše izvorne, slučajne, strukture su ove debele točke. Izračun odmah razumije koji su od njih loši, ovdje u crvenim i žutim područjima, od kojih su od njih najviše obećavajuća: u plavim, zelenkastim poljima. I korak po korak gustoća testiranja najperspektivnijih područja raste sve dok ne pronađemo najviše prilagođenu, najstabilniju strukturu. Postoje različite metode za predviđanje struktura - metode slučajnog pretraživanja, umjetnog žarenja, i tako dalje, ali je to bila najsnažnija metoda, evolucija.
Najteže je kako proizvoditi potomke od roditelja na računalu. Kako uzeti dvije roditeljske strukture i učiniti dijete od njih? Zapravo, možete učiniti djecu ne samo od dva roditelja na računalu, eksperimentirali smo, pokušali smo od tri i od četiri do četvorice. Ali, kao što se ispostavilo, ne dovodi do nečeg dobrog, baš kao u životu. Dijete je bolje ako dva roditelja. Jedan od roditelja, također, radi, dva roditelja su optimalne, a tri ili četiri više ne rade. Evolucijska metoda ima nekoliko zanimljivih značajki koje su, usput, u odnosu na biološku evoluciju. Vidimo kako iz neprikladnih, slučajnih struktura iz koje započinjemo izračun, visoko organizirane, visoko naručene rješenja pojavljuju se tijekom izračuna. Vidimo da su izračuni najučinkovitiji kada je populacija struktura najrazličitije. Najstabilnija i najpouzdanija populacija su populacija raznolikosti. Na primjer, što mi se sviđa Rusija je činjenica da u Rusiji - 150 s više od naroda. Postoje plavuša, postoje tamnokosi, postoje sve vrste kavkaskih nacionalnosti lica poput mene, a sve to daje ruskoj stabilnosti i budućnosti stanovništva. Monoton populacije budućnosti nemaju. To se može vidjeti iz izračuna epolucija iznimno jasne.
Možemo li predvidjeti da je stabilan oblik ugljika na atmosferskim tlakovima grafit? Da. Ovaj izračun je vrlo brz. Ali osim grafita, proizvodimo nekoliko zanimljivih nešto manje stabilnih rješenja u istom izračunu. I ove odluke također mogu biti zanimljive. Ako podignemo tlak - grafit je već nestabilan. I stabilan dijamant, a mi ga također vrlo lako nalazimo. Vidite kako iz neurednih početnih struktura, izračun brzo proizvodi dijamant. Ali prije nego se pronađe dijamant, proizvode se brojni zanimljivi strukture. Na primjer, ova struktura je. Iako je dijamant vidljiv šesterokutni prstenovi, vidljivi su 5 i 7 ugljena prstenja. Ova struktura je samo neznatno inferiorna u dijamantu stabilnosti, a na početku smo mislili da je znatiželjno, a onda se ispostavilo da je to novi, stvarni oblik ugljika koji je nedavno instaliran u SAD-u i našim kolegama. Ovaj izračun je napravljen na milijun atmosfera. Ako pritisnemo do 20 milijuna atmosfera, dijamant će prestati biti stabilan. I umjesto dijamanta, vrlo čudna struktura bit će stabilna, o stabilnosti za ugljik na takvim pritiscima već je pogodila mnogo desetljeća, a naš izračun to potvrđuje.
Mnogo onoga što je učinjeno i od nas, a naši kolege s ovom metodom, ispred vas je mali izbor različitih otkrića. Dopustite mi da mi kažem samo o nekim od njih.
S ovom metodom možete zamijeniti laboratorijsko otvaranje materijala na računalu. U laboratoriju za otvaranje materijala, nenadmašan prvak bio je Edison, koji je rekao: "Nisam patio 10 tisuća neuspjeha, samo sam pronašao 10 tisuća načina koji ne rade." To vam govori o tome koliko pokušaja potrebno, neuspješnim pokušajima da se počini prije obavljanja stvarnog otkrivanja ovom metodom, a uz pomoć dizajna računala možete potražiti uspjeh u jednom pokušaju od 1, 100 od 100, 10 tisuća od 10 Tisuću, ovo je naš cilj zamijeniti metodu Edison na nešto mnogo produktivnije.
Sada možemo optimizirati ne samo energiju, već i bilo koju imovinu. Najjednostavnija nekretnina je gustoća, a najgušći materijal iz poznatog dijamanta je još uvijek. Almaz općenito bilježi držač na mnogo načina. Dijamantni kubićni centimetar sadrži više atoma nego u kubičnom centimetu bilo koje druge tvari. Almaz - Hardware rekorder, a to je također najmanje komprimira tvar od poznatih. Je li moguće pobijediti ove zapise? Sada možemo postaviti ovo pitanje na računalo, a računalo će odgovoriti. A odgovor je da, možete pobijediti neke od tih zapisa. Pokazalo se da je na gustoći dijamanta vrlo lako pobijediti, ima gustih oblika ugljika koji imaju pravo na postojanje, ali još ne sintetizira. Ovi ugljik formiraju dijamant ne samo gustoćom, već i optičkim svojstvima. Imat će više refraktivnih indeksa i disperziju svjetlosti - što to znači? Refraktivni indeks dijamanta pruža dijamant na svoj nenadmašan sjaj i unutarnji odraz svjetlosti - i disperzija svjetla znači da će se bijelo svjetlo podijeliti na spektar od crvene do ljubičaste i više nego što ga dijamant čini. Ovdje, usput, materijal koji često zamjenjuje dijamant u industriji nakita je kubični cirkonij dioksid, fiati. Ona premašuje dijamant na disperziju svjetlosti, ali, nažalost, je inferiorna od sjajnog dijamanta. I novi oblici ugljika osvojit će dijamant na oba pokazatelja. Što je s tvrdoćom? Do 2003. godine vjeruje se da je tvrdoća nekretnina da ljudi nikada neće naučiti predvidjeti i očekivati, u 2003. godini sve se promijenilo s radom kineskih znanstvenika, a ovog ljeta sam posjetio Sveučilište Yankan u Kini, gdje sam dobio još jedan stupanj Počasni profesor, i tamo sam posjetio osnivač sve te teorije. Ova teorija koju smo uspjeli razviti.
Ovdje je tablica koja pokazuje kako su procijenjene definicije tvrdoće u skladu s eksperimentom. Za većinu normalnih tvari, suglasnost je izvrsna, ali za grafit model je predvidio da bi trebao biti super humus, što je očito netočno. Uspjeli smo razumjeti i eliminirati ovu pogrešku. A sada, uz pomoć ovog modela, pouzdano predviđamo tvrdoću za bilo kakve tvari, a možemo postaviti sljedeće pitanje na računalo: koja je tvar najteža? Je li moguće premašiti dijamant tvrdoće? Ljudi su zapravo razmišljali o tome mnogo nekoliko desetljeća. Dakle, koja je čvrsta struktura ugljika? Odgovor je bio obeshrabrujući: dijamant, a ne može biti ništa čvrsto u ugljiku. Ali možete pronaći ugljične strukture koje će biti blizu dijamanta. Ugljične strukture koje su blizu dijamantnog tvrdoće, stvarno imaju pravo postojati. A jedan od njih je onaj koji sam vam pokazao prije, s 5- i 7-članim kanalima. Dubrovinsky je u literaturi predložen u utakmici ultra-tvari - titan dioksid, vjeruje se da je sumnjivo inferiorniji od dijamanta, ali postojalo je sumnje. Eksperiment je bio prilično kontroverzan. Gotovo svi eksperimentalni mjerenja iz tog rada bili su prije ili kasnije opovrgnuti: tvrdoća koju treba poduzeti bilo je vrlo teško, zbog male veličine uzoraka. No, izračun je pokazao da je tvrdoća također pogrešno izmjerena u eksperimentu, a stvarna tvrdoća titanovog dioksida je oko 3 puta manje nego što su eksperimentatori tvrde. Dakle, s ovim vrstama izračuna, možete čak i prosuditi što je eksperiment pouzdan, što nije, tako da su ti izračuni sada dosegli visoku točnost.
Još jedna priča koju bih vam želio reći je povezan s ugljikom - posebno se brzo odvija u posljednjih 6 godina. Ali počela je prije 50 godina, kada je takav eksperiment proveo američki istraživači: uzeli su grafit i stisnuli su ga na pritisak na oko 150-200 tisuća atmosfera. Ako se grafit komprimira na visokim temperaturama, mora ući u dijamant, najstabilniji oblik ugljika pri visokim tlakovima upravo je tako dijamant i sintetizira. Ako napravite ovaj eksperiment na sobnoj temperaturi, dijamant se ne može formirati. Zašto? Budući da restrukturiranje strukture koja je potrebna za transformaciju grafita u dijamant, krutine su velike, za razliku od tih struktura, a energetska barijera biti prevelika za prevladavanje. I umjesto formiranja dijamanta, promatrat ćemo formiranje određene druge strukture, a ne najstabilnije, nego i onaj koji je najmanje visoka barijera obrazovanja. Ponudili smo takvu strukturu - i nazvali ga m-ugljikom, to je većina struktura s 5- i 7-članim prstenovima; Moji armenski prijatelji šali ga "Mugleod-Schmugarod". Pokazalo se da ova struktura u potpunosti opisuje rezultate iskustva prije 50 godina, a iskustvo je ponovljeno mnogo puta. Iskustvo, usput, je vrlo lijepo - stiskanje na grafitu sobne temperature (crno, meka neprozirna polumetalna), pod tlakom, istraživači su dobili transparentan super-visok ne-metal: potpuno fantastična transformacija! Ali to nije dijamant, njegova svojstva nisu u skladu s dijamantima, a naša hipotetička tada je struktura u potpunosti opisala svojstva ove tvari. Bili smo užasno oduševljeni, napisali članak i objavili ga u prestižnom časopisu fizičkog preglednog pisma i ojačali glatku godinu na lovorima. Godinu dana kasnije, američki i japanski znanstvenici pronašli su novu strukturu, potpuno drugačiji od nje, a to, s 4- i 8-članim prstenovima. Ova struktura je potpuno drugačija od našeg, ali gotovo jednako dobro opisuje eksperimentalne podatke. Problem je u tome što su eksperimentalni podaci bili nisko dopuštenje, a mnoge druge strukture su za njih prikladne. Za još šest mjeseci, Kinezi su pozvali W-ugljik na ime, a W-ugljik je također objasnio eksperimentalne podatke. Uskoro je priča postala groteskna - nove kineske grupe pridružile su ga, a Kinezi su vole proizvoditi, a pronašli su oko 40 struktura, a svi su prikladni za eksperimentalne podatke: P-, Q-, R-, S-ugljik, Q -karbon, X -, Y-, Z-ugljik, M10-ugljik je poznat, X'-ugljik, i tako dalje - već abeceda nije dovoljna. Tko je u pravu? Općenito, govoreći, prava potraživanja o ispravnosti našeg M-ugljika na početku bili su potpuno isti kao i mnogi drugi.
Replika iz dvorane:U redu.
ARMEM OGANOV:To se također ne događa! Činjenica je da priroda uvijek bira ekstremne rješenja. Ne samo ljudi ekstremisti, već i priroda također je ekstremist. Na visokim temperaturama, priroda bira najstabilnije stanje, jer na visokim temperaturama možete proći kroz bilo koju energetsku barijeru, a na niskim temperaturama, priroda bira najmanju barijeru, a samo jedan može biti pobjednik ovdje. Šampion može biti samo jedan - ali tko točno? Moguće je provesti eksperiment visoke razlučivosti, ali ljudi su pokušali 50 godina, a nitko ne uspijeva, svi su rezultati bili niska kvaliteta. Možete izvršiti izračun. A u izračunu bilo bi moguće razmotriti aktivacijske barijere formiranju svih tih 40 struktura. Ali, prvo, Kinezi još uvijek žigosne nove i nove strukture, i bez obzira koliko ste pokušali, bilo koji jednak bilo kojem kineskom, koji će reći: i imam drugu strukturu, a vi ćete ih uzeti do kraja života. Aktivacijske barijere dok ne budete poslani na zasluženi odmor. Ovo je prva složenost. Druga poteškoća je razmotriti aktivacijske barijere vrlo i vrlo teško u čvrstim transformacijama, to je zadatak koji je izuzetno netrivar, trebate posebne metode i snažna računala. Činjenica je da se ta transformacije ne javljaju u cijelom kristalu, ali na početku u malom fragmentu - embriju, a zatim se širi na klica dalje. I model ove klice je iznimno težak zadatak. Ali pronašli smo ovu metodu, metodu koja je razvijena pred austrijskim i američkim znanstvenicima i prilagodio ga našim zadatkom. Uspjeli smo izmijeniti ovu metodu kako bismo mogli riješiti ovaj zadatak jednom i za sve. Zadatak postavljamo na sljedeći način: Ako počnete s grafitom, strogo određeno početno stanje, a konačno stanje je specificirano nejasno - bilo koji tetraedar, SP3-hibridizirani ugljični oblik (naime, očekujemo pod tlakom), a zatim koje će barijere biti minimalne ? Ova metoda zna kako brojati prepreke i nalazi minimalnu barijeru, ali ako navodemo konačno stanje kao ansambl različitih struktura - onda možemo u potpunosti riješiti problem. Počeli smo izračun transformacije grafita - dijamanta kao "sjeme", znamo da se ta transformacija ne promatra u eksperimentu, ali nas je zanimalo - što čini izračun s ovom transformacijom. Čekali smo malo (u stvari, ovaj izračun je trajao šest mjeseci na superračunalu) - i izračun umjesto dijamanta je izdao M-ugljik.
Općenito, moram reći, imam iznimno sretnu osobu, imao sam priliku osvojiti 1/40, jer je bilo oko 40 struktura koje su imale jednaku šansu za pobjedu, ali ponovno sam izvukla lutriju. Naš M-ugljik osvojili smo naše rezultate u prestižnom novom časopisu znanstvena izvješća - ovo je novi časopis nature grupe, a mjesec dana nakon što smo objavili naše teorijske rezultate, rezultati eksperimenta visoke razlučivosti, po prvi put u dobi od 50 godina. Istraživači iz Sveučilišta Yale napravili su eksperiment visoke rezolucije i provjerili sve te strukture i pokazalo se da samo M-ugljik zadovoljava sve eksperimentalne podatke. A sada na popisu ugljičnih oblika postoji još jedan eksperimentalno i teoretski instaliran ugljik altropy, m-ugljik.
Spominjem o drugoj alkemijskoj transformaciji. Pod tlakom se očekuje da će se sve tvari pretvoriti u metal, prije ili kasnije, bilo koja tvar će postati metal. I što će se dogoditi s tvari koja je u početku već metala? Na primjer, natrij. Natrij uopće nije samo metal, ali nevjerojatan metal koji opisuje model slobodnih elektrona, to jest, to je maksimalni slučaj dobrog metala. Što će se dogoditi ako predati natrija? Ispada da će natrija prestati biti dobar metal - na početku natrija pretvorit će se u jednodimenzionalni metal, tj. Struja će se provesti u samo jednom smjeru. Na višoj tlaku predviđali smo da će natrijev općenito izgubiti metal i pretvoriti u crvenkastu prozirnu dielektricu, a ako je tlak još veći, postat će bezbojan, kao poluga. Dakle - uzimate srebrnu metal, stisnite ga - prvo se pretvara u loš metal, crno, poput ugljena, shvaćajući više - pretvara se u crvenkasti prozirni kristal, izvana nalik rubinu, a onda postaje bijela, poput Steklyushka. Predviđali smo ga i časopis prirode, gdje smo ga poslali, odbili ga objaviti. Urednik je nekoliko dana vratio tekst i rekao: ne vjerujemo, previše egzotični. Pronašli smo eksperimentatora, Mihail Eramptsz, koji je bio spreman provjeriti ovu predviđanju - i to je rezultat. S tlakom od 110 gigapularnih, to je 1,1 milijun atmosfera, to je još uvijek srebrni metal, na 1,5 milijuna atmosfera - to je crno kao ugljen loš metal. S 2 milijuna atmosfera - ovo je transparentno crvenkasto nemetall. I već s ovim eksperimentom, vrlo smo lako objavili naše rezultate. To je, usput, prilično egzotično stanje tvari, jer se elektroni više ne razmazuju u prostoru (iu metalima) i nisu lokalizirani na atomima ili na vezi (kao u ionskim i kovalentnim sredstvima) - valentne elektrone koji natrij pod uvjetom metal, stegnut u šupljinama, gdje nema atoma, a oni su vrlo lokalizirani. Takva tvar se može nazvati električnom energijom, tj. Sol, gdje je uloga negativno nabijenih iona, aniona, ne izvodi atome (recimo, fluor, klor, kisik), i gomile gustoće elektrona, a naš natrij oblik je najlakši i najživlji primjer električne energije od dobro poznatog ,
Možete koristiti ovu vrstu izračuna i za razumijevanje tvari Zemlje i planetarnog podzemlja. Učimo o stanju zemaljskih podzemlja uglavnom na neizravne podatke, prema seizmološkim podacima. Znamo da postoji metalik, uglavnom se sastoji od željeza, jezgre zemlje i nemetalni, koji se sastoji od magnezija silikata, ljuske, nazvanog plašta, i na samoj površini - tanku koru na kojoj živimo, i koje znamo vrlo u redu. I utroba na Zemlji nam je gotovo uopće nepoznata. Direktno testiranje možemo samo istražiti najviše površine Zemlje. Najdublji je Kola Ultrawow, njegova dubina je 12,3 kilometara, izbušena u SSSR-u, nitko nije mogao biti bolji. Amerikanci su se pokušali popeti, razbili na ovom projektu i zaustavili ga. U SSSR-u bilo je ogromnih iznosa, Dober do 12 kilometara, zatim se dogodilo restrukturiranje, a projekt je bio zamrznut. No, radijus Zemlje je 500 puta više, pa čak i Kola ultra-duboko dobro izbušena samo površina planeta. Ali supstanca dubine Zemlje definira lac Zemlje: potres, vulkanizam, drift kontinenta. Magnetsko polje se formira u Zemljinom kernelu, koju nikada ne dolazimo do nas. Konvekcija rastaljene vanjske jezgre Zemlje i odgovorna je za formiranje Zemljinog magnetskog polja. Usput, unutarnja jezgra zemlje je čvrsta, a vanjski - rastopljeni, to je poput čokoladnih slatkiša s rastaljenom čokoladom, i unutar orašastih plodova - tako da možete zamisliti jezgru zemlje. Konvekcija čvrstog plašta Zemlje - vrlo sporo, njegova brzina je oko 1 centimetra godišnje; Više vrućih potoka idu gore, zbrajaju se, a to je konvektivni pokret Zemljinog plašta i odgovorno za polaganje kontinenata, vulkanizma, potresa.
Važno pitanje - Koja je temperatura u središtu Zemlje? Znamo pritisak od seizmoloških modela, a temperatura ne daje tim modelima. Temperatura se određuje kako slijedi: znamo da je unutarnja jezgra čvrsta, vanjski kernel je tekući i da jezgra se sastoji od željeza. Dakle, ako znate točku taljenja željeza na ovoj dubini, onda znate temperaturu kernela na ovoj dubini. Izvršeni su eksperimenti, ali su dali neizvjesnost od 2 tisuće stupnjeva, a izrađene su izračune, a izračuni su postavili točku na ovo pitanje. Točka taljenja željeza na granici unutarnjeg i vanjskog kernela bila je oko 6,4 tisuća stupnjeva Kelvina. No, kada je geofizika naučila o tom rezultatu, ispostavilo se da je ova temperatura prevelika kako bi se pravilno reproducirale karakteristike magnetskog polja Zemlje - ova temperatura je previsoka. I ovdje se fizičari sjećaju da zapravo jezgre nije čisto željezo, već sadrži različite nečistoće. Što, još uvijek ne znamo točno, već među kandidatima - kisik, silicij, sumpor, ugljik, vodik. Razlikovanje različitih nečistoća, uspoređujući njihove učinke, bilo je moguće shvatiti da se točka taljenja treba smanjiti za oko 800 stupnjeva. 5600 stupnjeva Kelvina - takva temperatura na granici unutarnjih i vanjskih jezgri Zemlje, a ta se procjena trenutno općenito prihvaća. Ovaj učinak spuštanja temperature nečistoća, eutektičkog smanjenja točaka taljenja, dobro poznatog, zahvaljujući tom učinku, naše cipele pate zimi - cesta je ispala kako bi spustila točku taljenja snijega, i zahvaljujući tome, teško Snijeg se kreće u tekuće stanje, a naše cipele pate od ove slane vode.
Ali, možda, najjači primjer istog fenomena je legura drvene legure, koja se sastoji od četiri metala, postoji bizmut, vod, kositar i kadmij, svaki od ovih metala ima relativno visoku točku taljenja, ali učinak Međusobni smanjenje točaka taljenja djeluje toliko da se drvo legura topi u kipućoj vodi. Tko želi to učiniti iskustvo? Usput, ovaj uzorak legura koji sam kupio u Yerevan na crnom tržištu, koji će, vjerojatno, dati ovo iskustvo dodatni okus.
Leite kipuće vode, i zadržat ću leguru drva, i vidjet ćete kako će pasti od legure drveta će pasti u čašu.
Pad pada - sve je dovoljno. To se topi na temperaturama tople vode.
A taj se učinak događa u Zemljinom kernelu, zbog toga se točka taljenja željezne legure smanjuje. Ali sada je sljedeće pitanje: ali još uvijek se kernel sastoji? Znamo da postoji mnogo željeza i postoji neki svjetlosni elementi nečistoće, imamo 5 kandidata. Počeli smo s najmanje vjerojatnih kandidata - ugljik i vodik smatrali su se kako slijedi. Moram reći da su do nedavno, malo ljudi obratilo pozornost na ove kandidate, oboje su smatrane nevjerojatnim. Odlučili smo ga provjeriti. Uz zaposlenik Moskovskog državnog sveučilišta, Zulfia Bazhanova, odlučili smo zauzeti ovaj slučaj, predvidjeti stabilne strukture i stabilne karbide i željezne hidride u uvjetima kopnene jezgre. Također smo to učinili za siliciju, gdje nisu otkrivena nikakva posebna iznenađenja - a za ugljik se ispostavilo da se oni spojevi koji se smatraju otpornima za mnogo desetljeća, u stvari, na tlaku jezgre, zemlja ispada da je nestabilna. I ispostavilo se da je ugljik vrlo dobar kandidat, zapravo samo ugljik može objasniti mnoga svojstva unutarnje jezgre zemlje savršenog, suprotno prethodnim radovima. Vodik se pokazao kao siromašni kandidat, sam s vodikom ne može se objasniti bilo kojim svojstnom kopnenom jezgrom. Vodik može biti prisutan u malim količinama, ali ne može biti glavni element-nečistoća u Zemljinom kernelu. Za hidrid hidrode pod tlakom, našli smo i iznenađenje - ispostavilo se da postoji održiva povezanost s formulom koja proturječi školsku kemiju. Normalni kemičar hidridnih hidridnih formula će pisati kao Feh 2 i Feh 3, općenito govoreći, još uvijek postoji Feh pod pritiskom, a oni su došli s ovim - ali činjenica da Feh 4 može nastati pod pritiskom, postao je stvarno iznenađenje , Ako naša djeca u školi će pisati Feh 4 formulu, jamčim da će dobiti dvaput u kemiji, najvjerojatnije, čak i četvrtinu. Ali ispostavilo se da se pod tlakom povrijedi pravila kemije - a takvi egzotični spojevi javljaju. No, kao što sam rekao, hidridi žlijezda vjerojatno neće biti važni za zatvorene zemlje, malo je vjerojatno da je vodik prisutan u značajnim količinama, ali je ugljik najvjerojatnije prisutan.
I na kraju, posljednja ilustracija, o plaštu Zemlje, ili radije, o granici jezgre i plašta, tzv sloj D ", koji ima vrlo čudna svojstva. Jedna od nekretnina bila je anizotropija razmnožavanja seizmičkih valova, zvučnih valova: u vertikalnom smjeru iu horizontalnom smjeru brzine značajno se razlikuje. Zašto je to tako? Dugo nisam mogao razumjeti. Ispada da se u sloju formira nova struktura magnezijevog silikata na granici jezgre i plašta Zemlje. Uspjeli smo razumjeti prije 8 godina. U isto vrijeme, mi i naši japanski kolege objavili su 2 djela u znanosti i prirodi, što je dokazalo postojanje ove nove strukture. Odmah se može vidjeti da ova struktura izgleda potpuno drugačije u različitim smjerovima, a njegova svojstva trebaju se razlikovati u različitim smjerovima - uključujući elastična svojstva koja su odgovorna za distribuciju zvučnih valova. Uz pomoć ove strukture, sve te fizičke anomalije uspjeli su objasniti i isporučiti nevolje dugi niz godina. Bilo je moguće napraviti nekoliko predviđanja.
Konkretno, na manjim planetima, kao što je Merkur i Mars, neće biti sloja kao sloj D ". Nema dovoljno tlaka da stabilizira ovu strukturu. Također je moguće predvidjeti da se kao hlađenje zemljišta, ovaj sloj bi trebao rasti, jer stabilnost post-perovske raste s smanjenjem temperature. Moguće je da kada je formirana Zemlja, ovaj sloj uopće nije bio i rođen je u ranoj fazi razvoja našeg planeta. I sve se to može razumjeti zbog predviđanja novih struktura kristalnih tvari.
Replika iz dvorane:Zahvaljujući genetskom algoritmu.
ARMEM OGANOV:Da, iako je to posljednja priča o post-perećima prethodila je izumu ove evolucijske metode. Usput, ona je došla na mene iz izuma ove metode.
Replika iz dvorane:Tako 100 godina ovog genetskog algoritma, tamo još nisu učinili.
ARMEM OGANOV:Ovaj algoritam je stvorio mene i moj diplomski student 2006. godine. Usput, da ga nazovite "genetski" pogrešno, to je više točnije ime "evlivacionalno". Evolucijski algoritmi pojavili su se u 70-ima i pronašli su uporabu u mnogim područjima tehnologije i znanosti. Na primjer, automobili, brodovi i zrakoplovi su optimizirani uz pomoć evolucijskih algoritama. Ali za svaki novi zadatak, evolucijski algoritam je potpuno drugačiji. Evolucijski algoritami nisu jedna metoda, već velika skupina metoda, cjelokupno područje primijenjene matematike, a za svaki novi tip zadataka trebate izmisliti novi pristup.
Replika iz dvorane:Koja matematika? Genetika je.
ARMEM OGANOV:Ovo nije genetika - to je matematika. A za svaki novi zadatak trebate izmisliti svoj novi algoritam od nule. Ljudi su zapravo pokušali izmisliti evolucijski algoritme i prilagoditi ih predvidjeti kristalne strukture. Ali oni su uzimali previše doslovno algoritama iz drugih područja - i to nije uspjelo, pa smo morali stvoriti novu metodu od nule, i ispostavilo se da je vrlo moćan. Iako područje evolucijskih algoritama postoji otprilike koliko i ja barem od 1975. godine, za predviđanje kristalnih struktura, potrebni su prilično veliki napori za stvaranje metode rada.
Svi ovi primjeri koje sam donio pokazati, kao razumijevanje strukture tvari i sposobnost predviđanja strukture tvari dovesti do dizajna novih materijala koji mogu imati zanimljiva optička svojstva, mehanička svojstva, elektronička svojstva. Materijali koji čine zemlju Zemlje i drugih planeta. U tom slučaju možete riješiti cijeli raspon zanimljivih zadataka na računalu pomoću ovih metoda. Ogroman doprinos razvoju ove metode i njegovog zahtjeva napravio je moje zaposlenike i više od 1.000 korisnika naše metode u različitim dijelovima svijeta. Svi ti ljudi i organizatori ovog predavanja, i vi - po vašoj pozornosti - pustite me srdačno zahvaliti.
Boris Dolgin: Puno ti hvala! Hvala vam puno, Artyom, puno vam hvala 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 Artemovo istraživanje nastaviti, to znači Bit će novi materijal za njegovo predavanje. Zato što moram reći nešto od onoga što je danas zvučalo, u stvari, u vrijeme prethodnih predavanja, zapravo, nije postojala, stoga ima smisla.
Pitanje iz dvorane:Reci mi, molim te, kako pružiti sobnu temperaturu na visokom tlaku? Bilo koji sustav plastične deformacije popraćen je proizvodnjom topline. Vi, nažalost, niste govorili o tome.
ARMEM OGANOV:Činjenica je da sve ovisi o tome koliko brzo ste komprimirate. Ako se kompresija vrši vrlo brzo, na primjer, u udarnim valovima, to je nužno popraćeno grijanjem, oštrom kompresijom dovodi do rasta temperatura. Ako ste spora kompresija, tada je uzorak dovoljno dovoljno zamijeniti toplinu s okolinom i doći do toplinske ravnoteže sa svojim medijima.
Pitanje iz dvorane:I vaša instalacija je omogućila to učiniti?
ARMEM OGANOV:Eksperiment me nije proveo, ja sam samo izračun i teoriju. Ne dopuštam se na eksperiment na unutarnjoj cenzuri. I iskustvo je provedeno u komorama s dijamantnim nakovima, gdje se uzorak stisne između dva mala dijamante. U takvim eksperimentima, uzorak ima toliko vremena da dođe do termalne ravnoteže da se pitanje ne pojavi ovdje.
Artem Oganov, jedan od najupečatljivijih minerala teoretskih zemalja svijeta, rekao nam je za predviđanje računala, koja je postala postići ne tako davno. Prije toga, ovaj zadatak nije bio moguć za odlučivanje jer je problem dizajna računala novih materijala koji uključuje neriješeni problem kristalnih struktura. Ali zahvaljujući naporima Oganova i njegovih kolega uspio se približiti ovom snu i utjeloviti je u stvarnost.
Zašto je ovaj zadatak važan: prije, nove tvari su razvijene jako dugo i s mnogo truda.
ARMEM OGANOV: "Eksperimentatori idu u laboratorij. Pomiješajte različite tvari na različitim temperaturama i tlakovima. Dobiti nove tvari. Izmjerite svoja svojstva. U pravilu ove tvari ne predstavljaju nikakav interes, odbijene. I eksperimentatori ponovno pokušavaju dobiti malo različitih tvari u drugim uvjetima, s malo drugačijim sastavom. I tako korak po korak, prevladamo mnoge neuspjehe, provodeći svoj život godinama. Ispada da istraživači, u nadi da će dobiti jedan materijal, provoditi veliku količinu truda, vremena, kao i novca. Ovaj proces može potrajati godinama. Može biti mrtav i nikada ne dovodi do otvaranja željenog materijala. Ali čak i kad dođe do uspjeha, ovaj uspjeh daje vrlo skupi cijenom. "
Stoga je potrebno stvoriti takvu tehnologiju koja bi mogla napraviti besprijekorne predviđanja. To jest, ne eksperimentiranje u laboratorijima, nego dati zadatak računalu da predvidi kakav materijal, s kojim kompozicijom i temperaturom će imati željena svojstva pod određenim uvjetima. I računalo, okrećući brojne mogućnosti, moći će odgovoriti na kakvu vrstu kemijskog sastava i koja će kristalna struktura odgovoriti na određene zahtjeve. Rezultat može biti takav da željeni materijal ne postoji. Ili nije sam.
A onda se pojavi drugi izazov, ono što još nije: Kako dobiti ovaj materijal? To jest, kemijski sastav, kristalna struktura je razumljiva, ali još uvijek ne postoji mogućnost da ga provede, na primjer, u industrijskoj ljestvici.
Glavna stvar je da je potrebno predvidjeti je kristalna struktura. Prije toga nije bilo moguće riješiti taj problem, jer postoje mnoge mogućnosti za mjesto atoma u prostoru. Ali ogroman dio ne predstavlja nikakav interes. Ove izvedbe atoma u prostoru su važni, koji su dovoljno stabilni i imaju svojstva potrebna za istraživač.
Koja su ta svojstva: visoka ili niska tvrdoća, električna vodljivost i toplinska vodljivost te tako dalje. Kristalna struktura je važna.
"Ako mislite, recite, o istom ugljiku, pogledajte dijamant i grafit. Kemijski to je ista tvar. Ali svojstva su potpuno drugačiji. Crni super moćan ugljični i transparentan super tvrdi dijamant, - što određuje razliku između njih? To je kristalna struktura. To je zbog njene supstance superhard, drugi je super mogao. Jedan je dirigent praktički metala. Drugi je dielektrik. "
Da biste naučili predvidjeti novi materijal, prvo morate naučiti predvidjeti kristalnu strukturu. Za to, Ohanov i njegovi 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 s malim slučajnim uzorkom, u kojem se nalazimo moguća rješenja, najgore od kojih odbacujemo. I od najboljeg proizvesti podružnice. Podružnice su izrađene različitim mutacijama ili rekombinacijama - nasljeđem, gdje kombiniramo razne strukturne značajke kompozicije od dva roditelja. Od toga, podružnica je podružnica, kemijski sastav djece, podružnica. Ove podružnice se također ocjenjuju. Na primjer, u stabilnosti ili kemijskom ili fizičkom imovinom koja vas zanima. A oni koji su bili izraženi nepovoljni, odbacujemo. Oni koji obećavaju primanje prava na izradu potomstva. Proizvodimo mutaciju ili nasljednost sljedeće generacije. "
Dakle, korak po korak, znanstvenici pristupaju optimalnom materijalu za njih sa stajališta ovog fizičkog svojstva. Evolucijski pristup u ovom slučaju djeluje kao i darvinian teorija evolucije, ovaj načelo Yoganova i njegovih kolega se provode na računalu prilikom traženja kristalnih struktura koje su optimalne sa stajališta ovog objekta ili stabilnosti.
"Također mogu reći (ali to je već malo na rubu huliganstva) da kada smo provedemo na radimo ovu metodu (usput, nastavak razvoja. Poboljšalo se sve više i više), eksperimentirali smo s različitim načinima evolucije , Na primjer, pokušali smo proizvesti jedno dijete od dva roditelja, ali od tri ili četiri. Pokazalo se da je također, kao u životu, optimalno proizvesti jedno dijete od dva roditelja. Jedno dijete ima dva roditelja - tata i mama. Ne tri, ne četiri, ne dvadeset i četiri. Ovo je optimistično iu prirodi i na računalu. "
Yoganov je patentirao svoju metodu, a sada uživaju gotovo tisuće istraživača širom svijeta i nekoliko najvećih tvrtki, kao što su Intel, Toyota i Fujitsu. Toyota, na primjer, prema OGANOVI, već je izmislio novi materijal za litijeve baterije koje će se koristiti za hibridne automobile uz pomoć ove metode.
Vjeruje se da je dijamant, kao nositelj zapisa tvrdoće, optimalan superhard materijal za sve primjene. Međutim, to nije slučaj, jer u žlijezdu, na primjer, otapa, a na mediju za kisik na visokim temperaturama gori. Općenito, potraga za materijalom koji bi bio teži dijamant, zabrinuti čovječanstvo za mnogo desetljeća.
"Jednostavan izračun računala koji je proveo moja skupina pokazuje da takav materijal ne može biti. Zapravo, alternativni dijamant može biti samo dijamant, ali u nano-kristalnom obliku. Druge materijale kako bi pobijedili dijamant tvrdoće u državi. "
Drugi smjer OGANOVA Grupe je predviđanje novih dielektričnih materijala koji bi mogli poslužiti kao osnova za super-kondenzatore za skladištenje električne energije, kao i za daljnju minijaturizaciju računalnih mikroprocesora.
"Ova minijaturizacija zapravo zadovoljava prepreke. Budući da su postojeći dielektrični materijali slabo održavaju električne naknade. Postoji curenje. I daljnja minijaturizacija je nemoguća. Ako možemo dobiti materijal koji se održava na silicij, ali u isto vrijeme ima mnogo veću dielektričnu konstantu od materijala koje imamo, možemo riješiti ovaj zadatak. I imamo dovoljno ozbiljne promocije u tom smjeru. "
A posljednje što čini Joganov, je razvoj novih lijekova, to jest, i njihovo predviđanje. To je moguće zbog činjenice da su znanstvenici naučili predvidjeti strukturu i kemijski sastav površine kristala.
"Činjenica je da površina kristala često ima kemijski sastav koji se razlikuje od same supstance kristala. Struktura je također vrlo često drugačija. I otkrili smo da su površine jednostavnih, čini se inertnim kristalima oksida (kao što je magnezij oksid) sadrže vrlo zanimljive ione (kao što je ion peroksid). Oni također sadrže skupine slične ozonu koji se sastoje od tri atoma kisika. To objašnjava jedno izuzetno zanimljivo i važno promatranje. Kada osoba udiše fine čestice oksidnih minerala, koje se činilo kao inertnim, sigurno i bezopasno, te čestice igraju okrutnu šalu i doprinose razvoju raka pluća. Posebno se zna da je karcinogena tvar azbest, koji je isključivo inertan. Dakle, na površini ove vrste minerala kao azbest i kvarc (posebno kvarc), mogu se formirati ionski peroksid, koji igraju ključnu ulogu u formiranju i razvoju raka. Uz pomoć naše tehnike, također je moguće predvidjeti uvjete u kojima se može izbjeći stvaranje ove vrste čestica. To jest, postoji nada čak i pronaći terapiju i upozorenje raka pluća. U ovom slučaju govorimo samo o raku pluća. I s potpuno neočekivane strane, rezultati našeg istraživanja dali su priliku razumjeti, a mogu se čak i spriječiti ili iscjeljivati \u200b\u200brak pluća. "
Ako sažima, predviđanje kristalnih struktura može igrati ključnu ulogu u dizajnu materijala za mikroelektroniku i lijekove. Općenito, takva tehnologija otvara novi put u tehnologiji budućnosti, siguran sam da sam Yogan.
Možete čitati o drugim smjerovima laboratorijske artemije po referenci, ali da se upoznate s njegovom knjigom Moderne metode predviđanja kristalne strukture
