В Политехе создали топологическую модель твердофазных превращений
Ученые смогут прогнозировать строение новых веществ и материалов
Метод расчета новых структурных вариантов любых химических соединений предложили и проверили на примере углерода ученые Самарского политеха. 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.
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. Однако понимание процесса фазовых переходов имеет большое значение для изучения взаимосвязей между структурой и свойствами различных соединений, а также для поиска новых материалов.
Специалисты Политеха 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 «Общая и неорганическая химия» Владислав Блатов.
Модель, по словам Блатова, отличается от аналогов тем, что способна перебрать все теоретически возможные структурные фазовые переходы, а также скромными требованиями к вычислительным ресурсам и высокой скоростью расчета. Кстати, разработка Политеха успешно работает на обычных персональных компьютерах.
Для того чтобы продемонстрировать прогностическую способность разработанного метода, исследователи 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 новые стабильные формы углерода, – отметил старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования материалов Политеха Артем Кабанов.
Ученые доказали, что четыре найденных аллотропа углерода обладают твердостью, близкой к алмазу. Ранее специалисты Политеха создали уникальную базу данных по аллотропам углерода SACADA, информацию из которой используют исследователи углеродных материалов во всем мире. Сейчас ученые работают над поиском новых супертвердых материалов с применением созданной модели. Работа поддержана грантом РНФ №22-13-00062.
