Сделано в Политехе
Почти как алмаз. В Самарском политехе смогут предсказать структуру любых соединений
Метод расчета новых структурных вариантов любых химических соединений предложили и проверили на примере углерода ученые Самарского политеха (СамГТУ). По их словам, разработка имеет большое значение как для фундаментальных исследований, так и для создания новых материалов, а также, в отличие от аналогов, работает на обычных персональных компьютерах. Результаты опубликованы в журнале Acta Crystallographica (https://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?ra5128).
В структуре веществ под действием внешних факторов могут происходить мгновенные изменения – так называемые фазовые переходы. Эти процессы крайне сложны для экспериментальных наблюдений из-за своей скорости, объяснили ученые.
Однако, по их словам, понимание процесса фазовых переходов имеет большое значение для изучения взаимосвязей между структурой и свойствами различных соединений, а также для поиска новых материалов.
Специалисты Самарского государственного технического университета (СамГТУ) разработали метод, который позволяет рассчитывать варианты фазовых переходов в кристаллах и прогнозировать возможность образования новых структур для любых химических соединений. По словам создателей, предложенная программа обладает рядом уникальных возможностей.
«Наша топологическая модель твердофазных превращений дает возможность понять, как вещество из одного варианта строения переходит в другое, например, как графит преобразуется в алмаз. С ее помощью можно также прогнозировать строение новых веществ и материалов на основе любых неорганических соединений», – объяснил автор исследования, заведующий кафедрой общей и неорганической химии СамГТУ Владислав Блатов.
Модель, по словам авторов, отличается от аналогов тем, что способна перебрать все теоретически возможные структурные фазовые переходы, а также скромными требованиями к вычислительным ресурсам и высокой скоростью расчета. Разработка СамГТУ, как сообщили ученые, успешно работает на обычных персональных компьютерах.
Для того, чтобы продемонстрировать прогностическую способность разработанного метода, ученые использовали аллотропы, то есть структурные варианты, углерода.
«В представленной работе мы взяли несколько известных стабильных аллотропов углерода в качестве основы и с помощью новой модели исследовали все возможные варианты, которые могут образоваться при структурных фазовых переходах в исходных веществах, найдя в итоге сразу 72 новых стабильных формы углерода», – рассказал соавтор исследования, старший научный сотрудник СамГТУ Артем Кабанов.
Ученые доказали, что четыре найденных аллотропа углерода обладают твердостью, близкой к алмазу. Ранее специалисты СамГТУ создали уникальную базу данных по аллотропам углерода SACADA (https://sacada.info), информацию из которой используют исследователи углеродных материалов во всем мире.
Сейчас ученые работают над поиском других новых супертвердых материалов с применением созданной модели. Работа исследователей поддержана грантом РНФ №22-13-00062.