Algoritmo predice los materiales óptimos entre todos los posibles compuestos

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Investigadores de Skoltech han ofrecido una solución al problema de la búsqueda de materiales con las propiedades requeridas de entre todas las combinaciones posibles de elementos químicos.

Estas combinaciones son prácticamente infinitas, y cada una de ellas tiene una multitud infinita de estructuras cristalinas posibles.

No es factible probarlas todas y elegir la mejor opción (por ejemplo, el compuesto más duro) ya sea en un experimento o por computador.

El método computacional desarrollado por el profesor de Skoltech Artem R. Oganov y su estudiante de doctorado Zahed Allahyari resuelve este importante problema de la ciencia de los materiales teóricos.

Oganov y Allahyari presentaron su método en el código MendS (siglas de Mendelevian Search) y lo probaron en materiales superduros y magnéticos.

“En 2006, desarrollamos un algoritmo que puede predecir la estructura cristalina de una determinada combinación fija de elementos químicos.

Luego aumentamos sus poderes de predicción enseñándole a trabajar sin una combinación específica, así que un cálculo le daría todos los compuestos estables de elementos dados y sus respectivas estructuras cristalinas.

El nuevo método aborda una tarea mucho más ambiciosa: aquí, no elegimos ni un compuesto preciso ni siquiera elementos químicos específicos, más bien, buscamos a través de todas las combinaciones posibles de todos los elementos químicos, teniendo en cuenta todas las estructuras cristalinas posibles, y encontramos aquellas que tienen las propiedades necesarias (por ejemplo, la mayor dureza o la mayor magnetización)” dice Artem Oganov, profesor de Skoltech y MIPT, Miembro de la Real Sociedad de Química y miembro de la Academia Europaea.

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Los investigadores descubrieron primero que era posible construir un espacio químico abstracto para que los compuestos que estuvieran cerca unos de otros en este espacio tuvieran propiedades similares.

Así, todos los materiales con propiedades peculiares (por ejemplo, los materiales superduros) se agruparán en ciertas áreas, y los algoritmos evolutivos serán particularmente eficaces para encontrar el mejor material.

El algoritmo de la Búsqueda Mendeleviana se ejecuta a través de una doble búsqueda evolutiva: para cada punto del espacio químico, busca la mejor estructura cristalina, y al mismo tiempo estos compuestos encontrados compiten entre sí, se aparean y mutan en una selección natural del mejor.

Para probar la eficacia del nuevo método, los científicos dieron a su máquina la tarea de encontrar la composición y la estructura del material más duro.

Su algoritmo contestó con el diamante, lo que hace que la búsqueda de materiales más duros que el diamante sea un callejón sin salida.

Además, el algoritmo también predijo varias docenas de fases duras y superduras, incluyendo la mayoría de los materiales ya conocidos y varios completamente nuevos.

Este método puede acelerar la búsqueda de materiales que rompen récords y marcar el comienzo de nuevos avances tecnológicos.

Equipados con estos materiales, los científicos pueden crear nuevas tecnologías o aumentar la eficiencia y disponibilidad de las antiguas.

Fuente: Noticias de la Ciencia