یک الگوریتم ریاضی توسعه یافته توسط محققان دانشگاه لیورپول می تواند نشان دهنده تغییر مرحله ای در تلاش برای طراحی مواد جدید باشد که برای رویارویی با چالش صفر خالص و آینده ای پایدار مورد نیاز است.  -- ScienceDaily
انتشار: تیر 14، 1402
بروزرسانی: 27 خرداد 1404

یک الگوریتم ریاضی توسعه یافته توسط محققان دانشگاه لیورپول می تواند نشان دهنده تغییر مرحله ای در تلاش برای طراحی مواد جدید باشد که برای رویارویی با چالش صفر خالص و آینده ای پایدار مورد نیاز است. -- ScienceDaily

این الگوریتم که توسط یک تیم بین رشته ای از پژوهشگران گروه های شیمی و علوم کامپیوتر دانشگاه لیورپول توسعه یافته است، به جای در نظر گرفتن آنها در یک زمان، مجموعه ای از ساختارهای ممکن را به طور سیستماتیک ارزیابی می کند تا شناسایی راه حل صحیح را تسریع بخشد.

این پیشرفت امکان شناسایی مواد قابل ساخت و در بسیاری از موارد پیش بینی خواص آنها را فراهم می کند. روش جدید بر روی کامپیوترهای کوانتومی نشان داده شده است که توانایی حل بسیاری از مسائل را سریعتر از کامپیوترهای کلاسیک دارند و بنابراین می توانند محاسبات را حتی بیشتر سرعت بخشند.

پروفسور پل اسپیراکیس، از گروه علوم کامپیوتر دانشگاه، گفت: "ما موفق شدیم یک الگوریتم کلی برای پیش بینی ساختار کریستالی ارائه کنیم که می تواند در ساختارهای مختلف اعمال شود. جفت کردن کمینه سازی محلی به برنامه نویسی اعداد صحیح به ما امکان می دهد موقعیت های اتمی ناشناخته را کشف کنیم. در فضای پیوسته با استفاده از روش های بهینه سازی قوی در یک فضای گسسته.

هدف ما کشف و استفاده از ایده های الگوریتمی بیشتر در ماجراجویی زیبای کشف مواد جدید و مفید است. پیوستن به تلاش شیمیدانان و دانشمندان کامپیوتر کلید این موفقیت بود."

این جستجو کند و دشوار است، زیرا راه های زیادی وجود دارد که اتم ها را می توان برای ساختن مواد ترکیب کرد، و به ویژه ساختارهای زیادی وجود دارد که می توانند تشکیل شوند. بعلاوه، مواد با خواص تبدیلی احتمالاً ساختارهایی متفاوت با ساختارهایی دارند که امروزه شناخته شده اند، و پیش بینی ساختاری که هیچ چیز درباره آن شناخته نشده است یک چالش علمی فوق العاده است.

با این ابزار جدید، ما قادر خواهیم بود نحوه استفاده از آن دسته از عناصر شیمیایی را که به طور گسترده در دسترس هستند، تعریف کنیم و شروع به ایجاد موادی برای جایگزینی عناصری که بر اساس عناصر کمیاب یا سمی هستند، و همچنین یافتن موادی که عملکرد بهتری از عناصری که امروز به آن ها تکیه می کنیم، داشته باشیم. پاسخگویی به چالش های آینده یک جامعه پایدار."

شیوه زندگی ما به مواد بستگی دارد -- "همه چیز از چیزی ساخته شده است." مواد جدیدی برای مقابله با چالش صفر خالص مورد نیاز است، از باتری ها و جاذب های خورشیدی برای انرژی پاک گرفته تا ارائه محاسبات کم انرژی و کاتالیزورهایی که پلیمرها و مواد شیمیایی پاک را برای آینده پایدار ما می سازند.

پروفسور مت روسینسکی، از گروه شیمی و کارخانه نوآوری مواد دانشگاه، گفت: "قطعیت در پیش بینی ساختارهای کریستالی اکنون این فرصت را فراهم می کند که از کل فضای شیمی دقیقاً کدام مواد را می توان سنتز کرد و ساختارهایی را که می توان سنتز کرد. آنها اتخاذ خواهند کرد و برای اولین بار به ما توانایی تعریف پلت فرم برای فناوری های آینده را می دهند.

این پروژه از طرف Leverhulme Trust و Royal Society بودجه دریافت کرده است.



منبع چاپ در مجله طبیعتمحققان لیورپول نشان داده اند که یک الگوریتم ریاضی می تواند ساختار هر ماده را فقط بر اساس دانش اتم های سازنده آن پیش بینی کند.

تحقیقات جدید توسط دانشگاه لیورپول می تواند نشان دهنده تغییر گامی در تلاش برای طراحی مواد جدید باشد که برای رویارویی با چالش صفر خالص و آینده ای پایدار مورد نیاز است.

این تیم تحقیقاتی شامل محققانی از دپارتمان های علوم کامپیوتر و شیمی دانشگاه لیورپول، کارخانه نوآوری مواد و مرکز تحقیقاتی Leverhulme برای طراحی مواد کاربردی است که برای توسعه رویکردهای جدید برای طراحی مواد کاربردی در مقیاس اتمی از طریق میان رشته ای ایجاد شده است. پژوهش.