Евро-Азиатский институт образовательных технологий Eurasian Institute of educational technologies
Monday, 2020-04-06, 5:07 AM
Site menu
Section categories
Археология- Аrcheology
Ботаника- Вotany
География- Geography
Зоология- Zoology
История- Нistory
История науки- Нistory of science
Медицина- Мedicine
Образование- Education
Общая биология- General biology
Общество- Society
Палеонтология- Рaleontology
Право- Jurisprudence
Психология- Рsychology
Технологии- Technology
Физика- Physics
Химия- Сhemistry
Экология- Еcology
Экономика- Еconomy
Our poll
Оцените наш сайт/ Please rate our website
Total of answers: 1364
Statistics

Total online: 1
Guests: 1
Users: 0

10:06 AM
Топологи пришли к USPEX / Topologists came to USPEX

Группа ученых из Сколтеха, МФТИ и Самарского технологического университета под руководством профессора Артема Оганова предложила новый, усовершенствованный способ предсказания кристаллических структур химических веществ. Благодаря ему можно будет значительно быстрее разрабатывать новые материалы с интересными для прикладных областей свойствами.

Чтобы создавать более эффективный материал для турбин электростанций или новой электроники, можно использовать два пути. Первый, традиционный, — это эксперимент, поиск, почти вслепую. Он связан с большими затратами труда и времени. Более того, существует возможность ошибок при последующем внедрении нового соединения в практику.

Второй путь — поиск веществ из расчета, что их свойства определяются структурой. При этом синтезируются только те, которые, по прогнозу, должны обладать нужными для технологов свойствами. Так, в 2005 году исследовательская группа под руководством Артема Оганова разработала эволюционный алгоритм USPEX, способный предсказать кристаллические структуры веществ. Он ищет новые соединения, не перебирая все возможные варианты взаимного расположения атомов (это заняло бы огромное время), а генерируя небольшое число случайных структур, стабильность которых затем оценивается на основе энергии взаимодействия между атомами в них.

Далее получившиеся структуры «скрещивают» друг с другом, затем их «потомков» снова скрещивают между собой, и так до тех пор, пока не найдутся особо стабильные соединения, включающие атомы, заложенные в алгоритм при поиске. Так уже был обнаружен целый ряд совершенно удивительных веществ, например стабильные соединения гелия, долгое время считавшегося весьма инертным и не способным к их образованию. По соотношению результативности и ресурсоемкости USPEX пока лучший из всех алгоритмов для поиска новых веществ.

В новой работе предложено дополнительно усовершенствовать первый шаг работы алгоритма USPEX — генерацию исходных структур. Полностью случайная их генерация не очень эффективна. Чтобы улучшить ее, необходимо опираться на подсказки, заложенные в структуре уже известных веществ. Для этого химики обратились к базам данных кристаллических структур. Чтобы классифицировать уже известные вещества наиболее эффективным образом, они подход Артема Оганова с топологическими методами Владислава Блатова из Самары, второго автора работы.

Ученые разделили все возможные для поиска алгоритмом вещества на три тысячи топологических типов, известных для неорганических соединений. Для поиска целевой структуры необходимого соединения модифицированный алгоритм сразу будет задавать только те топологические типы, что образуют уже известные соединения атомов. Это ограничение даст возможность сразу генерировать диапазон соединений, имеющих искомую или близкую к ней структуру.

Согласно пробным пускам модифицированного алгоритма, обновленный генератор структур позволяет предсказывать уже найденные ранее соединения в три раза быстрее, чем исходный USPEX. Такая разница имеет большое практическое значение, поскольку резко уменьшает потребность в вычислительных ресурсах при поиске новых перспективных соединений.

Статья опубликована в журнале Computer Physics Communications   
Источник: chrdk.ru

http://sci-dig.ru/chemistry/topologi-prishli-k-uspexu/

 

The group of scientists from Skoltech, MIPT and Samara technological University under the guidance of Professor Artem Oganov proposed a new, improved method for predicting the crystal structures of chemicals. Thanks to it, it will be possible to develop new materials with properties interesting for application areas much faster.

To create a more efficient material for turbines of power plants or new electronics, you can use two ways. The first, traditional, is an experiment, a search, almost blindly. It is associated with high costs of labor and time. Moreover, there is a possibility of errors in the subsequent implementation of the new connection into practice.

The second way is to search for substances on the basis that their properties are determined by the structure. In this case, only those are synthesized, which, according to the forecast, should have the necessary properties for technologists. For example, in 2005, a research team led by Artem Oganov developed the USPEX evolutionary algorithm capable of predicting crystal structures of substances. He is looking for new compounds, without going through all the possible options for the mutual arrangement of atoms (it would take a huge time), and generating a small number of random structures, the stability of which is then estimated based on the energy of interaction between the atoms in them.

Further, the resulting structures are " crossed "with each other, then their" descendants " are crossed again with each other, and so on until there are particularly stable compounds that include atoms embedded in the algorithm when searching. 've discovered a whole range of amazing substances, such as stable compounds of helium, has long been regarded as rather inert and not able to their education. According to the ratio of efficiency and resource intensity USPEX is the best of all algorithms for finding new substances.

In the new work, it is proposed to further improve the first step of the USPEX algorithm - generation of the original structures. Completely random generation is not very effective. To improve it, it is necessary to rely on the tips inherent in the structure of already known substances. To do this, chemists turned to databases of crystal structures. To classify already known substances in the most effective way, they are the approach of Artem Oganov with topological methods of Vladislav Blatov from Samara, the second author of the work.

Scientists have divided all the possible to find algorithm of the substance on three thousand topological types are known for inorganic compounds. To find the target structure of the necessary compound, the modified algorithm will immediately specify only those topological types that form the already known compounds of atoms. This restriction will allow you to immediately generate a range of connections that have the desired or close to it structure.

According to the trial runs of the modified algorithm, the updated structure generator allows to predict the previously found connections three times faster than the original USPEX. This difference is of great practical importance because it dramatically reduces the need for computing resources when searching for new promising connections.

The article has been published in the journal Computer Physics Communications   
Source: chrdk.ru

http://sci-dig.ru/chemistry/topologi-prishli-k-uspexu/

Category: Химия- Сhemistry | Added by: zvonimirveres
Log In
Search
Calendar
«  November 2018  »
SuMoTuWeThFrSa
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930
Организации / Оrganizations
Полезные ссылки / Useful links